JP2023542081A - Method and apparatus for spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams - Google Patents

Method and apparatus for spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams Download PDF

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Abstract

直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングの方法及び装置を提供する。一実施形態では、方法は、データストリームを送信機装置に入力し、送信機装置がそれを分波、変調、空間多重化及び送信ビームフォームして、対応のコード制御される選択可能な偏波アンテナに入力されるn個の空間ストリームとし、偏波アンテナの各々は他のn-1個の放射ストリームに対して直交又は非相関の偏波となるストリームを放射する。方法は、同じコードによって対応して制御されるn個の選択可能な偏波アンテナを備える受信機装置において放射ストリームを検出することを含む。各受信アンテナは、入射放射ストリーム集約を整合偏波フィルタ処理して1つの対応する空間ストリームを回復する。その後、n個の回復された空間ストリームは、受信ビームフォーム、空間逆多重化、復調及び再合成されて元のデータストリームとなる。nは任意の多数となり得るので、直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングは、非常に指向的な固定の周波数及び帯域幅の無線チャネルの情報レートを任意に増加させるためのメカニズムを提供する。【選択図】 図1A method and apparatus for spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams is provided. In one embodiment, a method inputs a data stream to a transmitter device that demultiplexes, modulates, spatially multiplexes, and transmits beamforms the data stream into corresponding code-controlled selectable polarizations. Let n spatial streams be input to the antenna, each polarized antenna radiating a stream with a polarization that is orthogonal or uncorrelated with respect to the other n-1 radiation streams. The method includes detecting a radiation stream at a receiver device comprising n selectable polarization antennas correspondingly controlled by the same code. Each receive antenna performs matched polarization filtering of the incoming radiation stream aggregate to recover one corresponding spatial stream. The n recovered spatial streams are then receive beamformed, spatially demultiplexed, demodulated and recombined into the original data stream. Since n can be arbitrarily large, spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams provides a mechanism for arbitrarily increasing the information rate of a highly directional, fixed frequency and bandwidth wireless channel. [Selection diagram] Figure 1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、同一発明者による2019年4月9日出願の同時係属中の米国特許出願第16/379,962号、発明の名称「METHODS AND APPARATUS FOR ORTHOGONAL STREAM SPATIAL MULTIPLEXING」に関連する。同出願第16/379,962号は、2019年3月1日出願の米国仮特許出願第62/812,295号、発明の名称「METHODS AND APPARATUS FOR ORTHOGONAL STREAM SPATIAL MULTIPLEXING」の米国特許法第119条の下で利益を主張する。これらに関連する出願は、その全体において参照によりここに取り込まれる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is incorporated by reference to co-pending U.S. patent application Ser. Related. No. 16/379,962 is filed on March 1, 2019, and is filed under U.S. Pat. Claim benefits under Article. These related applications are incorporated herein by reference in their entirety.

本発明の例示実施形態は、電気通信の分野に関する。より具体的には、本発明の例示実施形態は、無線通信ネットワークの動作に関する。 Exemplary embodiments of the invention relate to the field of telecommunications. More specifically, example embodiments of the invention relate to the operation of wireless communication networks.

高速無線通信ネットワークを介するモバイル及びリモートの固定データアクセスについての急速な成長傾向により、ユーザ数及びこれらのユーザが消費するデータ量の増加は、主要な重要事項となっている。ロングタームエボリューション(LTE)第4世代(4G)セルラネットワークは、例えば、多入力多出力(MIMO)技術を現在利用している。MIMO技術は、利用可能なモバイル容量をその非MIMOの前身に対して大幅に増加させた。しかし、無線帯域幅に対する予測需要は、比較的近い将来であっても、盛んに宣伝される次世代の第5世代(5G)技術が実際に提供可能なものをもはるかに超える。 With the rapidly growing trend for mobile and remote fixed data access via high-speed wireless communication networks, the increase in the number of users and the amount of data consumed by these users has become a major concern. Long Term Evolution (LTE) fourth generation (4G) cellular networks, for example, currently utilize multiple-input multiple-output (MIMO) technology. MIMO technology has significantly increased the available mobile capacity relative to its non-MIMO predecessor. However, the projected demand for wireless bandwidth far exceeds what the much-touted next-generation fifth generation (5G) technology can actually provide, even in the relatively near future.

したがって、無線通信ネットワークのデータ転送容量を大幅に増加可能なメカニズムが切に望まれる。 Therefore, a mechanism that can significantly increase the data transfer capacity of wireless communication networks is highly desirable.

以下の概要は、本発明の1以上の態様を簡略化したものを示す。この概要の目的は、より詳細な説明に先立ち、鍵となるコンセプトを簡略な態様で提示すことである。 The following summary presents a simplified version of one or more aspects of the invention. The purpose of this summary is to present key concepts in a simplified form prior to going into more detail.

種々の例示実施形態において、無線ネットワークデータ転送容量及び多くの場合で通信範囲を大幅に拡大し得る直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミング(「OSSMBF」)の方法及び装置が提供される。例示実施形態では、遠隔の送信先へのポイントツーポイント無線送信を必要とする「発信データストリーム」は、OSSMBF可能な送信機に入力される。デジタルデータストリームはここで分波及び変調されてn個のTx無線ストリームとなり、それらはその後にMIMO送信機によって空間多重化され、送信ビームフォームされてn個のRF_Tx空間ストリームとなる。そして、Tx空間ストリームは、送信側の直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを固有に可能とするn個の対応の「OSSMBF_Tx装置」に供給される。「OSSMBF_Tx方法」は、n個の別個のOSSMBF_Tx装置に、それらの対応のTx空間ストリームの瞬時偏波を、他方のTx空間ストリームの瞬時偏波に対して相互に直交又は非相関となる別個の時間変動態様でトグルさせる。結果として得られるn個の(各々が別個のデータを搬送し、固有の時間変動偏波を示し、漸増的ステップ状のキャリア位相を特徴とするが、それ以外は同一の振幅変調、帯域幅及び周波数チャネル化を示す)「OSSMBFストリーム」は、その後、所望の送信先に正確な空間方向で同時に無線出射される。この態様において、OSSMBF_Tx装置及びOSSMBF_Tx方法は組み合わされて、発信データストリームを分波、変調、空間多重化及び送信ビームフォームして複数のTx空間ストリームとしてから、Tx空間ストリームを別個に偏波して複数の対応のOSSMBFストリームとし、それにより、これらの、共通の送信先位置への同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの指向性送信を可能とする。 In various exemplary embodiments, orthogonal stream spatial multiplexing and beamforming ("OSSMBF") methods and apparatus are provided that can significantly expand wireless network data transfer capacity and, in many cases, communication range. In an exemplary embodiment, an "outgoing data stream" requiring point-to-point wireless transmission to a remote destination is input to an OSSMBF-enabled transmitter. The digital data stream is here demultiplexed and modulated into n Tx radio streams, which are then spatially multiplexed and transmit beamformed by a MIMO transmitter into n RF_Tx spatial streams. The Tx spatial stream is then provided to n corresponding "OSSMBF_Tx devices" that uniquely enable spatial multiplexing and beamforming of the orthogonal streams on the transmit side. The "OSSMBF_Tx method" provides n separate OSSMBF_Tx devices with the instantaneous polarizations of their corresponding Tx spatial streams that are mutually orthogonal or uncorrelated with respect to the instantaneous polarizations of the other Tx spatial streams. Toggle in a time varying manner. The resulting n (each carrying distinct data, exhibiting a unique time-varying polarization, and featuring an incrementally stepped carrier phase, but otherwise identical amplitude modulation, bandwidth, and The "OSSMBF streams" (indicating frequency channelization) are then simultaneously radio-launched in the correct spatial direction to the desired destination. In this aspect, an OSSMBF_Tx device and an OSSMBF_Tx method are combined to split, modulate, spatially multiplex and transmit beamform an outgoing data stream into multiple Tx spatial streams, and then separately polarize the Tx spatial streams. Multiple corresponding OSSMBF streams, thereby allowing their simultaneous, co-channel, directional transmission to a common destination location without mutual interference.

n個の放射OSSMBFストリームは、送信先OSSMBF可能な受信機においてn個の対応の(受信側の直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを固有に可能とする)「OSSMBF_Rx装置」に入射する。「OSSMBF_Rx方法」は、各々がn個の偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームの1つのみを抑制せずにMIMO受信機に伝達するとともに残余のn-1個を抑制するn個の「整合(matched)偏波フィルタ」を生成するために、OSSMBF_Tx装置の別個の1つの瞬時偏波に等しく適合する態様でn個のOSSMBF_Rx装置の各々の瞬時偏波を変化させる。これにより、送信先MIMO受信機が、n個の部分的に分離及び解放されたRx空間ストリームを、それらを後に受信ビームフォームして空間逆多重化して完全に分離及び解放されたTx無線ストリームとしてからそれらを復調及びデジタル再合成して全てを発信データストリームに戻すために、入力することが可能となる。この態様において、OSSMBF_Rx装置及びOSSMBF_Rx方法は組み合わされて、無線集約されて指向的に検知された複数のOSSMBFストリームを別個に偏波フィルタ処理して対応の複数のRx空間ストリームとし、これはその後に受信ビームフォーム、空間逆多重化、復調及びデジタル集約されて発信データストリームとなり、これにより、送信元位置からの同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの指向性OSSMBF送信を完了する。 The n radiated OSSMBF streams enter n corresponding "OSSMBF_Rx devices" (which uniquely enable spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams on the receiving side) at the destination OSSMBF capable receivers. The "OSSMBF_Rx method" consists of n "matched ) to generate a polarization filter, the instantaneous polarization of each of the n OSSMBF_Rx devices is varied in a manner that equally matches the instantaneous polarization of a distinct one of the OSSMBF_Tx devices. This allows the destination MIMO receiver to take the n partially separated and released Rx spatial streams and later receive beamform and spatially demultiplex them as fully separated and released Tx radio streams. to demodulate and digitally recombine them all back into the outgoing data stream. In this aspect, the OSSMBF_Rx device and the OSSMBF_Rx method are combined to separately polarization filter the radio-aggregated directionally sensed OSSMBF streams into corresponding Rx spatial streams, which are then The receive beamform, spatial demultiplexing, demodulation and digital aggregation into the outgoing data stream completes simultaneous, co-channel, mutual interference-free, directional OSSMBF transmission from the source location.

OSSMBFの主要な利点は、任意に多数のn個の(各々が別個のデータを搬送するがそれ以外は同一の振幅、変調及び帯域幅を特徴とする)RF空間ストリームを同じ送信先に同じ周波数チャネルにおいて無線送信して、任意のこのような固定周波数、変調及び帯域幅の通信リンクのデータ転送容量を効果的にn倍するその能力である。さらに、ストリームが適切にステップ状のキャリア位相整合(すなわち、フェーズドアレイビームフォーミング)を組み込む場合、上記リンクの通信範囲も大幅に拡がり得る。 The main advantage of OSSMBF is that it allows arbitrarily large numbers of n RF spatial streams (each carrying distinct data but otherwise characterized by identical amplitude, modulation and bandwidth) to the same destination at the same frequency. Its ability to transmit wirelessly in a channel effectively multiplies the data transfer capacity of any such fixed frequency, modulation and bandwidth communications link by a factor of n. Furthermore, the communication range of the link can also be significantly increased if the stream appropriately incorporates stepped carrier phasing (ie, phased array beamforming).

既存の(普遍的に、MIMO受信機における後の完全な個々のストリーム分離及び解放のために必要な部分的な放射ストリームの分離及び解放を与える地上マルチパス伝搬に依存する)MIMO空間多重化技術は、採用されるMIMO空間多重化次数nにかかわらず、2倍のデータ転送レートしか保証できない(かつ実際には非常に特殊な状況下でも最大4倍しか配信できない)。さらに、非常に大幅に、非類似のストリーム伝搬パス(及び併存キャリア位相の非コヒーレンス性)への上記依存性は、上述したようなリンク通信範囲を拡げるようにフェーズドアレイ技術を組み込むことを完全に無効とする。 Existing (universally) MIMO spatial multiplexing techniques that rely on terrestrial multipath propagation to provide partial radiated stream separation and release necessary for subsequent complete individual stream separation and release at the MIMO receiver. can only guarantee twice the data transfer rate (and can actually only deliver up to four times even under very special circumstances), regardless of the MIMO spatial multiplexing order n adopted. Furthermore, the above dependence on very significantly dissimilar stream propagation paths (and the non-coherence of coexisting carrier phases) makes it completely impractical to incorporate phased array techniques to extend the link communication range as described above. shall be invalidated.

実施形態では、MIMO送信機と、複数の送信アンテナ回路とを備える送信機装置が提供される。MIMO送信機は、データストリームを入力し、対応の複数のステップ状位相コヒーレントであるがそれ以外は等しい振幅、変調、帯域幅及び周波数のRF_Tx空間ストリーム、並びに同様の対応の複数のデジタルバイナリの時間変動する直交又は非相関の逐次偏波制御信号をそれぞれ出力する。各Tx空間ストリームは、対応の偏波制御信号に関連付けられる。各送信アンテナ回路は、第1及び第2の直交偏波されたアンテナ要素、並びに別個の時間変動する偏波OSSMBFストリームを放射するために対応の偏波制御信号に基づいてその入力Tx空間ストリームを第1及び第2の直交偏波されたアンテナ要素に選択的に接続するRFスイッチを備える。上記態様において、この送信機装置は、データストリームを複数のTx空間ストリームに変換するためのMIMO送信機、及びそれらのTx空間ストリームを別個に偏波して、遠隔位置への同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの指向性送信のための放射OSSMBFストリームとするための複数の送信アンテナ回路を提供する。 In embodiments, a transmitter device is provided that includes a MIMO transmitter and multiple transmit antenna circuits. The MIMO transmitter inputs a data stream and generates a plurality of corresponding stepped phase coherent but otherwise equal amplitude, modulation, bandwidth and frequency RF_Tx spatial streams, as well as a corresponding plurality of digital binary time Each outputs a fluctuating orthogonal or uncorrelated sequential polarization control signal. Each Tx spatial stream is associated with a corresponding polarization control signal. Each transmit antenna circuit controls its input Tx spatial stream based on first and second orthogonally polarized antenna elements and a corresponding polarization control signal to radiate a distinct time-varying polarization OSSMBF stream. An RF switch is provided for selectively connecting the first and second orthogonally polarized antenna elements. In the above aspect, the transmitter apparatus includes a MIMO transmitter for converting a data stream into multiple Tx spatial streams and for separately polarizing the Tx spatial streams to transmit simultaneous and identical data streams to remote locations. Multiple transmit antenna circuits are provided for radiating OSSMBF streams for directional transmission without mutual interference in the channel.

実施形態では、データストリームを受信し、同時発生的な同一チャネルでの送信のために空間符号化されて正確な空間方向への放射のために送信ビームフォームされた複数のTx空間ストリームを生成するMIMO送信機を備える送信機装置が提供される。装置は、複数の別個の偏波制御信号を生成するコード生成器も備える。装置は、複数のTx空間ストリーム及び複数の偏波制御信号を受信し、複数の別個に偏波された放射ストリームを生成する複数の送信アンテナ回路も備える。各送信アンテナ回路は、第1及び第2の直交偏波された送信アンテナ要素、並びに対応の偏波制御信号に基づいてTx空間ストリームを第1及び第2の直交偏波された送信アンテナ要素に選択的に接続するRFスイッチを備える。 Embodiments receive a data stream and generate multiple Tx spatial streams that are spatially encoded for simultaneous, co-channel transmission and transmit beamformed for precise spatial direction radiation. A transmitter device is provided that includes a MIMO transmitter. The apparatus also includes a code generator that generates a plurality of separate polarization control signals. The apparatus also includes multiple transmit antenna circuits that receive multiple Tx spatial streams and multiple polarization control signals and generate multiple separately polarized radiation streams. Each transmit antenna circuit directs the Tx spatial stream to the first and second orthogonally polarized transmit antenna elements based on first and second orthogonally polarized transmit antenna elements and corresponding polarization control signals. An RF switch for selective connection is provided.

実施形態では、複数の受信アンテナ回路と、MIMO受信機とを備える受信機装置が提供される。各アンテナ回路は、対応の複数の同時発生的な同一チャネルでの放射OSSMBFストリームを指向的に検出し、その各々は別個の相互に直交又は非相関となる時間変動偏波及びステップ状キャリア位相であるが、それ以外は同一の振幅、変調及び帯域幅を特徴とする。各受信アンテナ回路は、対応のMIMO送信機において生成された偏波制御信号の別個の1つと同一の別個のバイナリの時間変動する偏波制御信号をMIMO受信機から入力する。各別個のOSSMBFストリームは、対応の偏波制御信号に関連付けられる。各受信アンテナ回路は、第1及び第2の直交偏波されたアンテナ要素、並びにその特定の偏波制御信号に関連付けられた1つの偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームのみを抑制せずに伝達する一方で他のストリームの全てを大幅に抑制するために、第1及び第2の直交偏波されたアンテナ要素の出力を対応の偏波制御信号に基づいてMIMO受信機に選択的に接続するRFスイッチを備える。上記態様において、この受信機装置は、複数のOSSMBFストリームを別個に偏波フィルタ処理して対応の複数のRx空間ストリームとするための複数の受信アンテナ回路、及び遠隔位置からの正確な空間方向へのそれらの同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの送信を完了するために、後にRx空間ストリームを元のデータストリームに逆変換するためのMIMO受信機を装備する。 In embodiments, a receiver device is provided that includes a plurality of receive antenna circuits and a MIMO receiver. Each antenna circuit directionally detects a corresponding plurality of simultaneous co-channel radiated OSSMBF streams, each with a distinct mutually orthogonal or uncorrelated time-varying polarization and stepped carrier phase. but otherwise feature the same amplitude, modulation, and bandwidth. Each receive antenna circuit receives a separate binary, time-varying polarization control signal from the MIMO receiver that is identical to a separate one of the polarization control signals generated at the corresponding MIMO transmitter. Each separate OSSMBF stream is associated with a corresponding polarization control signal. while each receive antenna circuit transmits without suppression only one polarization filtered OSSMBF stream associated with the first and second orthogonally polarized antenna elements and that particular polarization control signal; an RF switch selectively connecting the outputs of the first and second orthogonally polarized antenna elements to the MIMO receiver based on corresponding polarization control signals to significantly suppress all of the other streams at Equipped with In the above aspect, the receiver apparatus includes multiple receive antenna circuits for separately polarization filtering multiple OSSMBF streams into corresponding multiple Rx spatial streams, and a In order to complete their simultaneous co-channel and mutual interference-free transmission of the Rx spatial streams, a MIMO receiver is equipped to later convert the Rx spatial streams back to the original data streams.

実施形態では、複数の偏波制御信号を生成するMIMO受信機と、各々が複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな別個に偏波された放射ストリームを検出し、複数の偏波制御信号の別個の1つを受信し、1つの抑制されない偏波フィルタ処理済み放射ストリームを含むRx空間ストリームを出力する複数の受信アンテナ回路とを備える受信機装置が提供される。各受信アンテナ回路は、第1及び第2の直交偏波された受信アンテナ要素、並びに第1及び第2の直交偏波された受信アンテナ要素の出力を対応の偏波制御信号に基づいてMIMO受信機に選択的に接続するRFスイッチを備える。MIMO受信機は、正確な空間方向から複数のRx空間ストリームを空間復号及び受信ビームフォームすることによってデータストリームを生成して同時発生的な同一チャネルでの送信を完了する。 Embodiments include a MIMO receiver that generates a plurality of polarization control signals and each detects a plurality of simultaneous co-channel stepped carrier phase coherent separately polarized radiation streams; A receiver apparatus is provided comprising a plurality of receive antenna circuits that receive distinct ones of polarization control signals and output Rx spatial streams that include one unsuppressed polarization filtered radiation stream. Each receive antenna circuit receives first and second orthogonally polarized receive antenna elements and outputs of the first and second orthogonally polarized receive antenna elements based on a corresponding polarization control signal. It is equipped with an RF switch that selectively connects to the machine. A MIMO receiver generates data streams by spatially decoding and receive beamforming multiple Rx spatial streams from precise spatial directions to complete simultaneous, co-channel transmissions.

実施形態では、複数の選択可能な偏波送信アンテナへの入力のために、データストリームを複数の同時発生的なステップ状キャリア位相コヒーレントな同一チャネルの等しい振幅、変調及び帯域幅のRF_Tx空間ストリームにMIMO変換することを含む方法が提供される。各送信アンテナは、対応の複数の別個に偏波された同時発生的な同一チャネルのOSSMBFストリームを正確な空間方向に放射するために、他のTx空間ストリームに対して相互に直交又は非相関となる時間変動偏波によってその対応のTx空間ストリームに影響を与える。方法は、複数の選択可能な偏波受信アンテナにおいて上記複数のOSSMBFストリームを受信することも含む。各受信アンテナは、当該1つのストリームを下流側の受信機回路に抑制せずに伝達する一方で他の全てを大幅に抑制するために、その検出した複数のOSSMBFストリームに偏波フィルタ処理によって影響を与えて1つの選択されたOSSMBFストリームの時間変動偏波を整合する。結果として得られる複数の偏波フィルタ処理済みRx空間ストリームは、その後に、後の元のデータストリームへの変換のためにRxデータストリームにMIMO変換される。上記態様において、この方法は、対応の受信信号偏波フィルタ処理によって合成された別個の送信信号偏波を採用して、対応して大きなデータストリームを集約して搬送する任意の多数の空間多重化及びビームフォームされた空間ストリームの同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの非常に指向的なポイントツーポイント送信に供する。 In embodiments, the data stream is divided into multiple simultaneous stepped carrier phase coherent co-channel equal amplitude, modulation and bandwidth RF_Tx spatial streams for input to multiple selectable polarization transmit antennas. A method is provided that includes converting to MIMO. Each transmit antenna is orthogonal or uncorrelated with respect to the other Tx spatial streams to radiate a corresponding plurality of independently polarized, simultaneous, co-channel OSSMBF streams in a precise spatial direction. influence its corresponding Tx spatial stream by a time-varying polarization. The method also includes receiving the plurality of OSSMBF streams at a plurality of selectable polarization receive antennas. Each receive antenna influences its detected OSSMBF streams by polarization filtering in order to transmit that one stream unsuppressed to downstream receiver circuitry while significantly suppressing all others. to match the time-varying polarization of one selected OSSMBF stream. The resulting plurality of polarization filtered Rx spatial streams are then MIMO converted to an Rx data stream for subsequent conversion to the original data stream. In the above aspect, the method employs separate transmitted signal polarizations combined by corresponding received signal polarization filtering to spatially multiplex an arbitrarily large number of aggregates to convey a correspondingly large data stream. and highly directional point-to-point transmission of beamformed spatial streams on the same channel and without mutual interference.

本発明の例示実施形態の追加の特徴及び利益が、以下の説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなる。 Additional features and advantages of exemplary embodiments of the invention will be apparent from the following description, drawings, and claims.

本発明の例示の態様が、以下に与えられる詳細な説明から及び本発明の種々の実施形態の添付図面からより完全に理解されることになるが、これらは本発明を特定の実施形態に制限するものと解釈されるべきではなく、説明及び理解のみを目的とするものである。 Exemplary aspects of the invention will be more fully understood from the detailed description provided below and from the accompanying drawings of various embodiments of the invention, which limit the invention to specific embodiments. It should not be construed as a guide, and is for explanation and understanding purposes only.

図1は、直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングをともに実行する送信機の例示実施形態及び受信機の例示実施形態を備える通信ネットワークを示す。FIG. 1 depicts a communication network comprising an exemplary embodiment of a transmitter and an exemplary embodiment of a receiver that together perform spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams. 図2は、送信アンテナ回路の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 2 shows an exemplary detailed embodiment of a transmit antenna circuit. 図3は、受信アンテナ回路の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 3 shows an exemplary detailed embodiment of a receive antenna circuit. 図4Aは、図1に示すMIMO_Txの少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 4A shows an example detailed embodiment of at least a portion of the MIMO_Tx shown in FIG. 図4Bは、図4Aに示すTxSMX_BFの少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 4B shows an example detailed embodiment of at least a portion of the TxSMX_BF shown in FIG. 4A. 図5Aは、図1に示すMIMO_Rxの少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 5A shows an example detailed embodiment of at least a portion of MIMO_Rx shown in FIG. 1. FIG. 図5Bは、図5Aに示すRxBF_SDMXの少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。FIG. 5B shows an example detailed embodiment of at least a portion of RxBF_SDMX shown in FIG. 5A. 図6は、本発明の一実施形態による送信直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを実行するための方法を示す。FIG. 6 illustrates a method for performing spatial multiplexing and beamforming of transmitted orthogonal streams according to an embodiment of the invention. 図7は、本発明の一実施形態による受信直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを実行するための方法を示す。FIG. 7 illustrates a method for performing spatial multiplexing and beamforming of received orthogonal streams according to an embodiment of the invention.

本発明の態様を、直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングのための方法及び/又は装置の背景においてここに説明する。 Aspects of the invention are described herein in the context of methods and/or apparatus for spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams.

以下の詳細な説明の目的は、本発明の1以上の実施形態の完全な理解を与えることである。当業者であれば、以下の詳細な説明は説明のみを目的とするものであり、いずれの態様においても限定的なものを意図するものではないことが分かるはずである。他の実施形態は、それ自体でそのような当業者がこの開示及び/又は説明の利益を有することを直ちに示唆することになる。 The purpose of the following detailed description is to provide a thorough understanding of one or more embodiments of the invention. Those skilled in the art will appreciate that the following detailed description is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting in any way. Other embodiments would themselves readily suggest that such a person of ordinary skill in the art would have the benefit of this disclosure and/or description.

明瞭化のために、ここに記載する実施例のルーチン的構成の全てが図示及び説明されるわけではない。もちろん、任意のそのような実際の実施例の展開において、用途及び業界に関連する制約によるコンプライアンスなど、開発者の特定の目標を達成するために多数の実施例特有の決定がなされ得ること、並びにこれらの特定の目標が実施例間及び開発者間で異なることが理解されるはずである。さらに、そのような開発努力は複雑かつ時間のかかるものとなり得るが、それでも本開示の実施形態の利益を有する当業者にとってはルーチン的な工学技術的作業となり得ることが理解されるはずである。 In the interest of clarity, not all of the routine features of the embodiments described herein are illustrated and described. Of course, in the deployment of any such actual implementation, numerous implementation-specific decisions may be made to achieve the developer's particular goals, such as compliance with application and industry-related constraints; It should be understood that these specific goals vary between implementations and developers. Furthermore, it should be appreciated that such development efforts can be complex and time consuming, but may nevertheless be routine engineering tasks for those skilled in the art who have the benefit of embodiments of the present disclosure.

図面に示す本発明の種々の実施形態は、縮尺通りではない場合もある。逆に、種々の構成の寸法は、明瞭化のために拡大又は縮小される場合がある。さらに、図面の一部は、明瞭化のために簡略化される場合がある。したがって、図面は、所与の装置(すなわち、デバイス)又は方法の構成要素の全てを図示しない場合がある。図面及び以下の詳細な説明の全体を通じて、同じ又は同様の部分を指すのに同じ符号が使用される。 The various embodiments of the invention illustrated in the drawings may not be drawn to scale. Conversely, the dimensions of the various features may be expanded or reduced for clarity. Additionally, portions of the drawings may be simplified for clarity. Therefore, a drawing may not depict all of the components of a given apparatus (ie, device) or method. The same reference numbers are used throughout the drawings and the following detailed description to refer to the same or similar parts.

図1は、直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングをともに実行するOSSMBF送信機(「OSSMBF_Tx」)102の例示実施形態及びOSSMBF受信機(「OSSMBF_Rx」)104の例示実施形態を備える無線通信ネットワーク100を示す。ストリーム空間多重化についての更なる詳細については、読者には、同一発明者による2019年4月9日出願の同時係属中の米国特許出願第16/379,962号、発明の名称「METHODS AND APPARATUS FOR ORTHOGONAL STREAM SPATIAL MULTIPLEXING」が参照される。 FIG. 1 shows a wireless communication network 100 comprising an example embodiment of an OSSMBF transmitter ("OSSMBF_Tx") 102 and an example embodiment of an OSSMBF receiver ("OSSMBF_Rx") 104 that together perform spatial multiplexing and beamforming of orthogonal streams. shows. For further details on stream spatial multiplexing, the reader is referred to co-pending U.S. patent application Ser. FOR ORTHOGONAL STREAM SPATIAL MULTIPLEXING" is referred to.

送信機の説明
OSSMBF_Tx102は、n次(例えば、nは2より大きい整数である)のMIMO空間多重化及びビームフォーミング可能な送信機(「MIMO_Tx」)106並びにRFスイッチ110(1~n)及びデュアル偏波Txアンテナ112(1~n)を備える複数の(n個の)送信機アンテナ回路108(1~n)(ここでは「TxOSSMBF装置」ともいう)を備える。例えば、各デュアル偏波Txアンテナは、水平偏波(HP)及び垂直偏波(VP)アンテナ要素を装備する。実施形態では、MIMO_Tx106は、(n×R)Mbpsのデータレートを有するデータストリームTxData118を受信する。MIMO_Tx106は、TxData118を分波、変調、空間多重化及びビームフォームしてn個の同時発生的な同一チャネルTx空間ストリーム114(1~n)とし、その各々はレートRMbpsの別個のデータを搬送するが、同一の振幅、変調、帯域幅及び中心周波数並びに漸増的ステップ状キャリア位相を示す。
Transmitter Description The OSSMBF_Tx 102 includes an n-order (e.g., n is an integer greater than 2) MIMO spatial multiplexing and beamforming capable transmitter ("MIMO_Tx") 106 and an RF switch 110 (1-n) and a dual A plurality (n) of transmitter antenna circuits 108 (1-n) (also referred to herein as "TxOSS MBF devices") are provided with polarized Tx antennas 112 (1-n). For example, each dual polarization Tx antenna is equipped with horizontal polarization (HP) and vertical polarization (VP) antenna elements. In an embodiment, MIMO_Tx 106 receives a data stream TxData 118 having a data rate of (n×R) Mbps. MIMO_Tx 106 demultiplexes, modulates, spatially multiplexes, and beamforms TxData 118 into n simultaneous co-channel Tx spatial streams 114 (1-n), each of which carries distinct data at a rate of RMbps. exhibit the same amplitude, modulation, bandwidth and center frequency as well as progressively stepped carrier phase.

MIMO_Tx106はn個のTxポート(PORT1~n)を与え、各ポートは対応の送信機アンテナ回路108のRFスイッチ110に接続される。各RFスイッチ110は、MIMO_Tx106から、それぞれのTx空間ストリーム114をRF入力において受信し、対応のTx極性制御信号116を制御入力において受信する。RFスイッチ110は、制御信号116に応じてRF入力に選択的に接続された2つのRF出力を特徴とする。2つの出力は、デュアル偏波送信アンテナ112の2つの直交偏波要素にそれぞれ接続される。RFスイッチ110の第1の出力は、送信アンテナ112の垂直偏波(VP)要素に接続される。RFスイッチ110の第2の出力は、送信アンテナ112の水平偏波(HP)要素に接続される。したがって、RFスイッチ110の各々は、MIMO_Tx106に接続された入力並びにそれらのそれぞれのデュアル偏波Txアンテナ112の垂直及び水平偏波要素に接続された出力を有する。 MIMO_Tx 106 provides n Tx ports (PORT1-n), each port being connected to an RF switch 110 of a corresponding transmitter antenna circuit 108. Each RF switch 110 receives a respective Tx spatial stream 114 from MIMO_Tx 106 at an RF input and a corresponding Tx polarity control signal 116 at a control input. RF switch 110 features two RF outputs selectively connected to RF inputs in response to control signals 116. The two outputs are respectively connected to two orthogonal polarization elements of dual polarization transmit antenna 112. A first output of RF switch 110 is connected to a vertical polarization (VP) element of transmit antenna 112. A second output of RF switch 110 is connected to the horizontal polarization (HP) element of transmit antenna 112. Accordingly, each of the RF switches 110 has an input connected to MIMO_Tx 106 and an output connected to the vertical and horizontal polarization elements of their respective dual-polarized Tx antenna 112.

送信動作時には、データストリームTxData118は、MIMO_Tx106に入力され、そこにおいて分波及び無線変調されてn個の等しい振幅、変調及び帯域幅のTx無線ストリームとなる。そして、n個のTx無線ストリームは、空間多重化され、キャリア位相調整されて(すなわち、送信ビームフォームされて)n個の別個の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントなTx空間ストリーム114(1~n)となる。各Tx空間ストリームは、偏波制御信号116とともに送信アンテナ回路108の対応のRFスイッチ110にルーティングされる。偏波制御信号116は、どのようにしてRFスイッチ110がそのRF入力におけるTx空間ストリームを対応のデュアル偏波送信アンテナ112の垂直及び水平偏波要素に接続するのかを制御する。偏波制御信号116は、(a)結果として得られる放射ストリームが1つおきの放射ストリームに関して経時的に別個の相互に直交する偏波を示すような、別個のn次直交バイナリ(Walsh又はGoldなど)コード、又は(b)結果として得られる放射ストリームが1つおきの放射ストリームに関して経時的に別個の相互に非相関の偏波を示すような、n個の非相関のコード(PNなど)の1つ、のいずれかに従って所与のTx空間ストリームの瞬時偏波を時間変動させるように構成される。この態様において、OSSMBF_Tx102は、TxData118を受信し、OSSMBF_Rx104に向かう同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの指向性送信のための等しい振幅、変調、帯域幅及び中心周波数並びにステップ状キャリア位相の(すなわち、送信ビームフォームされた)n個の偏波直交又は偏波非相関のOSSMBFストリーム134を出力する。 During transmit operations, data stream TxData 118 is input to MIMO_Tx 106 where it is split and radio modulated into n equal amplitude, modulation and bandwidth Tx radio streams. The n Tx radio streams are then spatially multiplexed and carrier phase aligned (i.e., transmit beamformed) into n distinct simultaneous co-channel stepped carrier phase coherent Tx spaces. The stream becomes stream 114 (1 to n). Each Tx spatial stream is routed to a corresponding RF switch 110 of transmit antenna circuit 108 along with a polarization control signal 116. Polarization control signal 116 controls how RF switch 110 connects the Tx spatial stream at its RF input to the vertical and horizontal polarization elements of corresponding dual polarization transmit antenna 112. The polarization control signal 116 is configured to (a) separate n-order orthogonal binaries (Walsh or Gold) such that the resulting radiation streams exhibit distinct mutually orthogonal polarizations over time for every other radiation stream; (b) n uncorrelated codes (such as PN) such that the resulting radiation stream exhibits distinct mutually uncorrelated polarizations over time for every other radiation stream; configured to time-vary the instantaneous polarization of a given Tx spatial stream according to one of the following: In this aspect, OSSMBF_Tx 102 receives TxData 118 and has equal amplitude, modulation, bandwidth and center frequency and stepped carrier phase ( That is, it outputs n (transmission beamformed) OSSMBF streams 134 with orthogonal polarizations or uncorrelated polarizations.

受信機の説明
OSSMBF_Rx104は、同様のn次MIMO空間逆多重化及びビームフォーミング可能な受信機(「MIMO_Rx」)120並びに各々がRFスイッチ124(1~n)及びデュアル偏波Rxアンテナ126(1~n)を備える複数のアンテナ回路122(1~n)(ここでは「RxOSSMBF装置」ともいう)を含む。各Rxアンテナ126は、OSSMBF_Tx102から放射された複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントなOSSMBFストリーム134を備えるRF信号をその垂直及び水平偏波要素において検出する。各RFスイッチ124は、OSSMBF_Rx装置122内のアンテナ126からなど、垂直及び水平アンテナ要素から、対応して偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリーム134をそのRF入力で受信する。各RFスイッチ124は、その制御入力において、MIMO_Rx120から対応のRx極性制御信号130を受信する。RFスイッチ124への第1のRF入力は、受信アンテナ126の垂直偏波(VP)要素に接続される。RFスイッチ124への第2のRF入力は、受信アンテナ126の水平偏波(HP)要素に接続される。RFスイッチ124の出力は、MIMO_Rx120のRxポート(PORT1~n)に直接接続される。同様に、受信機アンテナ回路122(1~n)のRFスイッチの各々は、それらのそれぞれのデュアル偏波受信アンテナの垂直及び水平偏波要素に接続されたRF入力、並びにMIMO_Rx120の対応のRxポートに接続された出力を有する。
Receiver Description The OSSMBF_Rx 104 includes a similar n-order MIMO spatial demultiplexing and beamforming capable receiver (“MIMO_Rx”) 120 and each RF switch 124 (1-n) and dual polarization Rx antenna 126 (1-n). n) (herein also referred to as "RxOSS MBF device"). Each Rx antenna 126 detects an RF signal comprising multiple simultaneous co-channel stepped carrier phase coherent OSSMBF streams 134 radiated from OSSMBF_Tx 102 in its vertical and horizontal polarization components. Each RF switch 124 receives at its RF input a corresponding polarization filtered OSSMBF stream 134 from vertical and horizontal antenna elements, such as from antenna 126 within OSSMBF_Rx device 122 . Each RF switch 124 receives a corresponding Rx polarity control signal 130 from MIMO_Rx 120 at its control input. A first RF input to RF switch 124 is connected to the vertical polarization (VP) element of receive antenna 126. A second RF input to RF switch 124 is connected to the horizontal polarization (HP) element of receive antenna 126. The output of the RF switch 124 is directly connected to the Rx ports (PORT1-n) of the MIMO_Rx 120. Similarly, each of the RF switches of the receiver antenna circuits 122(1-n) has an RF input connected to the vertical and horizontal polarization elements of their respective dual-polarized receive antennas and a corresponding Rx port of the MIMO_Rx 120. has an output connected to.

受信動作時に、MIMO_Rx120は、別個の偏波制御信号をn個の受信機アンテナ回路122(1~n)の各々に提供する。MIMO_Rx120によって生成されるような各受信機アンテナ回路の偏波制御信号130は、MIMO_Tx106によって提供される対応の送信機アンテナ回路の偏波制御信号116と同一である。したがって、TxOSSMBF装置108及びRxOSSMBF装置122によって共通的に使用されるn個の別個の偏波制御信号は、各々協働して1つの抑制されない偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームのみをMIMO_Rx120に伝達する一方で他のストリームの全てを大幅に抑制するn個の「整合偏波フィルタ」対を効果的に合成する。結果として得られるn個の部分的に分離及び解放されたRx空間ストリーム128は、その後に受信ビームフォーム及び空間逆多重化されて完全に分離及び解放されたRx無線ストリームとされ、その後にMIMO_Rx120によって復調及びデジタル集約されて最終的なRxData132(元のTxData118に等しく対応する)を形成する。 During receive operation, MIMO_Rx 120 provides separate polarization control signals to each of n receiver antenna circuits 122(1-n). Each receiver antenna circuit polarization control signal 130 as generated by MIMO_Rx 120 is identical to the corresponding transmitter antenna circuit polarization control signal 116 provided by MIMO_Tx 106. Thus, the n separate polarization control signals commonly used by TxOSSMBF device 108 and RxOSSMBF device 122 each cooperate to convey only one unsuppressed polarization filtered OSSMBF stream to MIMO_Rx 120 while effectively synthesizes n "matched polarization filter" pairs that significantly suppress all of the other streams. The resulting n partially separated and released Rx spatial streams 128 are then receive beamformed and spatially demultiplexed into fully separated and released Rx radio streams, which are then transmitted by MIMO_Rx 120. It is demodulated and digitally aggregated to form the final RxData 132 (which corresponds equally to the original TxData 118).

図2は、送信アンテナ回路200の例示の詳細な実施形態を示す。例えば、送信アンテナ回路200は、図1に示す送信アンテナ回路108(1~n)のいずれかとしての使用に適する。送信アンテナ回路200は、RFスイッチ202、垂直偏波されたアンテナ要素204及び水平偏波されたアンテナ要素206を備える。 FIG. 2 shows an exemplary detailed embodiment of a transmit antenna circuit 200. For example, transmit antenna circuit 200 is suitable for use as any of transmit antenna circuits 108(1-n) shown in FIG. Transmit antenna circuit 200 includes an RF switch 202, a vertically polarized antenna element 204, and a horizontally polarized antenna element 206.

RFスイッチ202は、RF入力ポート(IN)、デジタル制御ポート(CTL)及び2つのRF出力ポート(OUT1、OUT2)を備える。RFスイッチ202は、Tx空間ストリーム208を入力ポートINにおいて受信する。偏波制御信号210は、制御ポートCTLにおいて受信される。偏波制御信号210は、制御ビットのバイナリストリームを備える。各ビットは、入力ポートINが第1の出力ポートOUT1又は第2の出力ポートOUT2のいずれに接続されるのかを決定する。例えば、極性制御ビットがハイ又は論理1の状態である場合、入力ポートINは第1の出力ポートOUT1及び後段の垂直偏波アンテナ要素204に接続される。極性制御ビットがロー又は論理0の状態である場合、入力ポートINは第2の出力ポートOUT2及び後段の水平偏波アンテナ要素206に接続される。したがって、極性制御信号210は、どのようにしてTx空間ストリーム208がOSSMBFストリームとしての送信のために瞬時的に偏波されるのか(すなわち、どのようにして水平偏波と垂直偏波の間をトグルされるのか)を決定する。 The RF switch 202 includes an RF input port (IN), a digital control port (CTL), and two RF output ports (OUT1, OUT2). RF switch 202 receives Tx spatial stream 208 at input port IN. Polarization control signal 210 is received at control port CTL. Polarization control signal 210 comprises a binary stream of control bits. Each bit determines whether the input port IN is connected to the first output port OUT1 or the second output port OUT2. For example, when the polarity control bit is in a high or logic 1 state, the input port IN is connected to the first output port OUT1 and to the subsequent vertically polarized antenna element 204. When the polarity control bit is in a low or logic 0 state, the input port IN is connected to the second output port OUT2 and to the subsequent horizontally polarized antenna element 206. Therefore, polarity control signal 210 determines how Tx spatial stream 208 is instantaneously polarized for transmission as an OSSMBF stream (i.e., how to switch between horizontal and vertical polarization). toggled).

図3は、受信アンテナ回路300の例示の詳細な実施形態を示す。例えば、受信アンテナ回路300は、図1に示す受信アンテナ回路122(1~n)のいずれかとしての使用に適する。受信アンテナ回路300は、RFスイッチ302、垂直偏波されたアンテナ要素304及び水平偏波されたアンテナ要素306を備える。 FIG. 3 shows an exemplary detailed embodiment of a receive antenna circuit 300. For example, receive antenna circuit 300 is suitable for use as any of receive antenna circuits 122(1-n) shown in FIG. Receive antenna circuit 300 includes an RF switch 302, a vertically polarized antenna element 304, and a horizontally polarized antenna element 306.

RFスイッチ302は、RF出力ポート(OUT)、デジタル制御ポート(CTL)及び2つのRF入力ポート(IN1、IN2)を備える。垂直偏波されたアンテナ要素304は、入射RF(OSSMBFストリーム134など)を検出し、RFスイッチ302の第1の入力ポートIN1へのルーティングのためにそれを垂直偏波フィルタ処理する。水平偏波されたアンテナ要素306は、同じRFを検出するが、RFスイッチ302の第2の入力ポートIN2へのルーティングのためにそれを水平偏波フィルタ処理する。偏波制御信号310は、制御ポートCTLにおいて受信される。偏波制御信号310は、制御ビットのバイナリストリームを備える。各ビットは、第1の入力ポートIN1又は第2の入力ポートIN2のいずれが出力ポートOUTに接続されるのかを決定する。例えば、極性制御ビットがハイ又は論理1の状態である場合、第1の入力ポートIN1が出力ポートOUTに接続され、垂直偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームが下流側のMIMO受信機回路に伝達する。極性制御ビットがロー又は論理0の状態である場合、第2のポートIN2が出力ポートOUTに接続され、水平偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームが下流側のMIMO受信機回路に伝達される。 The RF switch 302 includes an RF output port (OUT), a digital control port (CTL), and two RF input ports (IN1, IN2). Vertically polarized antenna element 304 detects the incoming RF (such as OSSMBF stream 134) and vertically polarizes it for routing to the first input port IN1 of RF switch 302. Horizontally polarized antenna element 306 detects the same RF but horizontally polarizes it for routing to the second input port IN2 of RF switch 302. Polarization control signal 310 is received at control port CTL. Polarization control signal 310 comprises a binary stream of control bits. Each bit determines whether the first input port IN1 or the second input port IN2 is connected to the output port OUT. For example, if the polarity control bit is in a high or logic 1 state, the first input port IN1 is connected to the output port OUT and the vertically polarized filtered OSSMBF stream is communicated to the downstream MIMO receiver circuit. When the polarity control bit is in a low or logic 0 state, the second port IN2 is connected to the output port OUT and the horizontal polarization filtered OSSMBF stream is communicated to the downstream MIMO receiver circuit.

動作時に、極性制御信号310は、第1の入力ポートIN1における垂直偏波フィルタ処理済みの複数のOSSMBFストリーム134又は第2の入力ポートIN2における水平偏波フィルタ処理済みの複数のOSSMBFストリーム134を選択的に出力ポートOUTに接続する。極性制御信号310はMIMO送信機106において使用される対応の極性制御信号116と同一であるので、垂直偏波されたアンテナ要素と水平偏波されたアンテナ要素との間の切換えは、極性制御信号310に応じて正確に偏波されたOSSMBFストリーム134の1つのみを抑制せずにMIMO_Rx120に伝達する一方で他のOSSMBFストリームの全てを大幅に抑制する整合時間変動偏波フィルタを合成する。したがって、偏波制御信号310は、MIMO_Rx120における適正な後の処理を促進するために、どのようにして複数の受信OSSMBFストリームが偏波フィルタ処理されて(1つの送信Tx空間ストリーム114に対応する)1つだけの選択Rx空間ストリーム128を部分的に分離及び解放するのかを決定する。 In operation, the polarity control signal 310 selects the vertically polarized filtered OSSMBF streams 134 at the first input port IN1 or the horizontally polarized filtered OSSMBF streams 134 at the second input port IN2. Connect to the output port OUT. Since the polarity control signal 310 is identical to the corresponding polarity control signal 116 used in the MIMO transmitter 106, switching between vertically polarized and horizontally polarized antenna elements is controlled by the polarity control signal 310. A matched time-varying polarization filter is synthesized that transmits only one of the precisely polarized OSSMBF streams 134 according to 310 to the MIMO_Rx 120 without suppressing it, while significantly suppressing all of the other OSSMBF streams. Accordingly, the polarization control signal 310 describes how multiple received OSSMBF streams (corresponding to one transmit Tx spatial stream 114) are polarization filtered to facilitate proper post-processing in MIMO_Rx 120. Determine whether only one selected Rx spatial stream 128 is to be partially separated and released.

図4Aは、図1に示すMIMO_Tx106の少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。MIMO_Tx106は、TxSMX_BF402、コード生成器404及びコード同期ロジック406を備える。 FIG. 4A shows an example detailed embodiment of at least a portion of MIMO_Tx 106 shown in FIG. MIMO_Tx 106 includes TxSMX_BF 402, code generator 404 and code synchronization logic 406.

動作時に、TxSMX_BF402によって生成されたn個のTx空間ストリーム114(1~n)が、送信アンテナ回路108のRFスイッチ(不図示)にPORT(1~n)を通じて出力される。コード生成器404は、送信アンテナ回路のRFスイッチにPORT(1~n)を通じて出力されるn個の別個の直交する(例えば、Walsh)又は非相関の(例えば、PN)デジタルバイナリコード116(1~n)を生成する。例えば、Tx極性制御信号1_116(1)及びTx空間ストリーム1_114(1)は、MIMO_Tx106PORT(1)から出力されて第1の送信アンテナ回路108(1)のRFスイッチに入力される。Tx極性制御信号n_116(n)及びTx空間ストリームn_114(n)は、同様にPORT(n)から出力されて第nの送信アンテナ回路108(n)のRFスイッチに入力される。この態様において、各送信アンテナ回路のRFスイッチには、デュアル偏波アンテナの選択された垂直又は水平アンテナ要素を通じて対応のTx空間ストリームを操縦する別個の偏波制御コードが供給され、それにより、n個の直交又は非相関の時間変動する偏波放射OSSMBFストリームのうちの1つの別個のインスタンス化を生成する。 In operation, n Tx spatial streams 114(1-n) generated by the TxSMX_BF 402 are output to the RF switch (not shown) of the transmit antenna circuit 108 through PORT(1-n). Code generator 404 generates n distinct orthogonal (e.g., Walsh) or uncorrelated (e.g., PN) digital binary codes 116(1-n) that are output through PORT(1-n) to the RF switches of the transmit antenna circuit. ~n). For example, Tx polarity control signal 1_116(1) and Tx spatial stream 1_114(1) are output from MIMO_Tx106PORT(1) and input to the RF switch of the first transmit antenna circuit 108(1). The Tx polarity control signal n_116(n) and the Tx spatial stream n_114(n) are similarly output from PORT(n) and input to the RF switch of the nth transmit antenna circuit 108(n). In this manner, the RF switch of each transmit antenna circuit is provided with a separate polarization control code that steers the corresponding Tx spatial stream through selected vertical or horizontal antenna elements of the dual polarization antenna, thereby A separate instantiation of one of the orthogonal or uncorrelated time-varying polarized radiation OSSMBF streams is generated.

実施形態では、極性コードタイミングは、送信ストリームのペイロードシンボルレートの整数分の一に対応する。一実施形態では、コード同期ロジック406は、任意かつ全ての送信アンテナ回路108の偏波遷移がTx空間ストリームシンボル遷移の整数倍に正確に一致するように、送信機コード生成器404を初期化する。 In embodiments, the polarity code timing corresponds to an integer fraction of the payload symbol rate of the transmission stream. In one embodiment, code synchronization logic 406 initializes transmitter code generator 404 such that the polarization transitions of any and all transmit antenna circuits 108 exactly match integer multiples of the Tx spatial stream symbol transitions. .

図4Bは、図4Aに示すTxSMX_BF402の少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。TxSMX_BF402は、シリアル-パラレルコンバータ(S/P_CNV)452、無線変調器MOD1_454(1)~MODn_454(n)、MIMO空間マルチプレクサSMX456、送信ビームフォーマTxBF458、デジタル-アナログコンバータD/A1_460(1)~D/An_460(n)及びRFアップコンバータUPCNV1_462(1)~UPCNVn_462(n)を備える。 FIG. 4B shows an example detailed embodiment of at least a portion of TxSMX_BF 402 shown in FIG. 4A. TxSMX_BF402 includes a serial-to-parallel converter (S/P_CNV) 452, wireless modulators MOD1_454(1) to MODn_454(n), MIMO spatial multiplexer SMX456, transmit beam former TxBF458, and digital-to-analog converters D/A1_460(1) to D/ An_460(n) and RF up converters UPCNV1_462(1) to UPCNVn_462(n).

動作時に、送信データストリームTxDATA118がS/P_CNV452に入力され、それは(n×RMbpsのレートを有する)送信データストリームを各々RMbpsのn個のデジタルストリームに分波し、それらをn個の無線変調器MOD1_454(1)~MODn_454(n)に伝達する。変調器から出力された結果として得られるn個のTx無線ストリームは、その後、MIMO空間マルチプレクサSMX456に伝達されて同時発生的な同一チャネル送信のために空間符号化される。結果として得られるn個のTx空間ストリームは、その後、送信ビームフォーマTxBF458に伝達されてそれらの個々のキャリア位相を指向性送信のためにステップ調整する。結果として得られるn個のビームフォームされた空間ストリームは、その後、アナログドメインへの遷移のために個々のデジタル-アナログコンバータD/A1_460(1)~D/An_460(n)に伝達される。結果として得られるn個のアナログビームフォーム済み空間ストリームは、その後、適正な共通RF送信中心周波数への周波数変換のためにそれぞれのRFアップコンバータUPCNV1_462(1)~UPCNVn_462(n)に伝達され、Tx空間ストリーム114がもたらされる。 In operation, the transmit data stream TxDATA 118 is input to the S/P_CNV 452, which splits the transmit data stream (with a rate of n×RMbps) into n digital streams of RMbps each and sends them to n wireless modulators. It is transmitted to MOD1_454(1) to MODn_454(n). The resulting n Tx radio streams output from the modulator are then communicated to a MIMO spatial multiplexer SMX456 and spatially encoded for simultaneous co-channel transmission. The resulting n Tx spatial streams are then communicated to a transmit beamformer TxBF 458 to step adjust their individual carrier phases for directional transmission. The resulting n beamformed spatial streams are then communicated to individual digital-to-analog converters D/A1_460(1) to D/An_460(n) for transition to the analog domain. The resulting n analog beamformed spatial streams are then conveyed to respective RF upconverters UPCNV1_462(1) to UPCNVn_462(n) for frequency conversion to the proper common RF transmit center frequency and transmit Tx A spatial stream 114 is provided.

図5Aは、図1に示すMIMO_Rx120の少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。MIMO_Rx120は、RxBF_SDMX502、コード生成器504及びコード同期ロジック506を備える。 FIG. 5A shows an example detailed embodiment of at least a portion of MIMO_Rx 120 shown in FIG. MIMO_Rx 120 includes RxBF_SDMX 502, a code generator 504, and code synchronization logic 506.

動作時に、コード生成器504は、偏波制御信号を受信機アンテナ回路122に提供する。コード生成器504によって生成された偏波制御信号は、コード生成器404によってMIMO_Tx106において生成された偏波制御信号に正確に対応する。コード生成器504から出力された信号は、どのようにしてn個の受信機アンテナ回路122の各々が、それらが検出する複数のOSSMBFストリームを「整合偏波フィルタ処理」して、MIMO_Rx120のRxBF_SDMX502への入力のための部分的に分離及び解放された個々のRx空間ストリーム128とするのかを制御する。各受信機アンテナ回路は、その対応の送信機アンテナ回路において採用される同一のコードに従ってその瞬時Rx偏波を変化させる。この態様において、第mの検出OSSMBFストリームのみ(第mのバイナリコードに応じて時間変動偏波により第mの送信機アンテナ回路から放射される)がRxBF_SDMX502に第mの受信機アンテナ回路(その偏波も第mのバイナリコードに応じて時間変動する)を通じて抑制されずに伝搬することになる。第mの受信アンテナ回路に入射するその他のm-1個の検出OSSMBFストリームは、RxBF_SDMX502への伝搬の際に抑制されることになる。 In operation, code generator 504 provides polarization control signals to receiver antenna circuit 122. The polarization control signal generated by code generator 504 corresponds exactly to the polarization control signal generated at MIMO_Tx 106 by code generator 404. The signal output from the code generator 504 is how each of the n receiver antenna circuits 122 “matched polarization filtering” the multiple OSSMBF streams they detect to the RxBF_SDMX 502 of the MIMO_Rx 120. to partially separate and release individual Rx spatial streams 128 for input. Each receiver antenna circuit changes its instantaneous Rx polarization according to the same code employed in its corresponding transmitter antenna circuit. In this manner, only the mth detected OSSMBF stream (radiated from the mth transmitter antenna circuit with time-varying polarization according to the mth binary code) is transferred to the RxBF_SDMX 502 to the mth receiver antenna circuit (its polarization). The wave will also propagate uninhibited through the mth binary code (which varies in time according to the mth binary code). The other m-1 detected OSSMBF streams incident on the mth receive antenna circuit will be suppressed during propagation to RxBF_SDMX 502.

実施形態では、コード同期ロジック506は、OSSMBF_Tx102とOSSMBF_Rx104の間の偏波制御コードを同期するように動作する。実施形態では、同期ロジック506は、検出OSSMBFストリームのペイロードシンボルレートの整数分の一に対応する極性コードタイミングを有する。動作時に、MIMO受信機120は、ペイロードシンボルレートを正確に回復する。これを「シンボル同期」ともいう。MIMO受信機がシンボル同期を達成すると、それは直ちにコード同期ロジック506を介して極性コード同期も達成する。したがって、一実施形態では、Rx極性制御信号130がTx極性制御信号116を忠実に反映及び時間追跡するようにコード同期ロジック506はコード生成器504を同期させ、それにより、任意かつ全ての受信機アンテナ回路122の偏波遷移が受信OSSMBFストリーム134のシンボル遷移の整数倍に正確に一致する。 In embodiments, code synchronization logic 506 operates to synchronize polarization control codes between OSSMBF_Tx 102 and OSSMBF_Rx 104. In embodiments, synchronization logic 506 has polarity code timing that corresponds to an integer fraction of the payload symbol rate of the detected OSSMBF stream. In operation, MIMO receiver 120 accurately recovers the payload symbol rate. This is also called "symbol synchronization." Once the MIMO receiver achieves symbol synchronization, it also immediately achieves polarity code synchronization via code synchronization logic 506. Accordingly, in one embodiment, code synchronization logic 506 synchronizes code generator 504 such that Rx polarity control signal 130 faithfully reflects and time-tracks Tx polarity control signal 116, thereby allowing any and all receivers to The polarization transitions of antenna circuit 122 exactly match integer multiples of the symbol transitions of received OSSMBF stream 134 .

図5Bは、図5Aに示すRxBF_SDMX502の少なくとも一部分の例示の詳細な実施形態を示す。RxBF_SDMX502は、n個のRFダウンコンバータDNCNV1_552(1)~DNCNVn_552(n)、n個のアナログ-デジタルコンバータA/D1_554(1)~A/Dn_554(n)、受信ビームフォーマRxBF556、MIMO空間デマルチプレクサSDMX558、n個の無線復調器DMOD1_560(1)~DMODn_560(n)及びデジタルデータコンバイナのパラレル-シリアルコンバータ(P/S_CNV)562を備える。 FIG. 5B shows an example detailed embodiment of at least a portion of RxBF_SDMX 502 shown in FIG. 5A. RxBF_SDMX502 includes n RF downconverters DNCNV1_552(1) to DNCNVn_552(n), n analog-to-digital converters A/D1_554(1) to A/Dn_554(n), receive beamformer RxBF556, and MIMO spatial demultiplexer SDMX558. , n radio demodulators DMOD1_560(1) to DMODn_560(n) and a parallel-to-serial converter (P/S_CNV) 562 of a digital data combiner.

動作時に、n個の部分的に分離及び解放されたRx空間ストリーム128はRxBF_SDMX502内のn個の対応のRFダウンコンバータDNCNV(1~n)552に伝達され、ここでそれらは実際の動作の周波数チャネルからベースバンドに変換される。結果として得られるn個のベースバンド空間ストリームは、その後、デジタルドメインへの変換のために対応のアナログ-デジタルコンバータA/D(1~n)554に伝達される。結果として得られるn個のデジタルドメインRx空間ストリームは受信ビームフォーマRxBF556に伝達され、ここでそれらはMIMO空間デマルチプレクサSDMX558に伝達される前に正確な空間方向からのSNR最大受信のために個々にキャリア位相調整される。SDMX558は、対応の無線復調器DMOD550に伝達される前にそれらの個々の信号対干渉比(SIR)を最大化するために、それらの付随する抑制された偏波フィルタ処理済みOSSMBFストリームを完全に除去することによって、受信ビームフォームされたRx空間ストリームを空間復号して完全に分離及び解放されたRx無線ストリームとする。事前に受信ビームフォーミング及び空間逆多重化によって最大化された信号対ノイズ比及び信号対干渉比の個々のRx無線ストリームは、デジタルデータストリームに復調され、出力RxData132への集約のためにパラレル-シリアルコンバータP/S_CNV562に伝達される。 In operation, the n partially separated and released Rx spatial streams 128 are communicated to the n corresponding RF downconverters DNCNV(1-n) 552 in the RxBF_SDMX 502, where they are at the frequency of actual operation. Converted from channel to baseband. The resulting n baseband spatial streams are then communicated to corresponding analog-to-digital converters A/D(1-n) 554 for conversion to the digital domain. The resulting n digital domain Rx spatial streams are conveyed to a receive beamformer RxBF556, where they are individually demultiplexed for SNR maximum reception from precise spatial directions before being conveyed to a MIMO spatial demultiplexer SDMX558. Carrier phase is adjusted. The SDMX558 completely converts their accompanying suppressed polarization filtered OSSMBF streams to maximize their individual signal-to-interference ratio (SIR) before being conveyed to the corresponding radio demodulator DMOD550. By removing, the receive beamformed Rx spatial stream is spatially decoded into completely separated and released Rx radio streams. The individual Rx radio streams, with signal-to-noise and signal-to-interference ratios previously maximized by receive beamforming and spatial demultiplexing, are demodulated into digital data streams and parallel-to-serial for aggregation into output RxData 132. It is transmitted to converter P/S_CNV562.

図6は、本発明の一実施形態による送信直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを実行するための方法600を示す。例えば、例示実施形態では、方法600は、図1に示すOSSMBF_Tx102による使用に適する。 FIG. 6 illustrates a method 600 for performing spatial multiplexing and beamforming of transmit orthogonal streams according to one embodiment of the invention. For example, in the exemplary embodiment, method 600 is suitable for use by OSSMBF_Tx 102 shown in FIG.

ブロック602において、データレートn×RMbpsの送信データストリームが、OSSMBF可能な送信機に入力される。例えば、TxData118は、OSSMBF_Tx102のMIMO_Tx106に入力される。 At block 602, a transmit data stream at a data rate n×RMbps is input to an OSSMBF-enabled transmitter. For example, TxData 118 is input to MIMO_Tx 106 of OSSMBF_Tx 102.

ブロック604において、送信データストリームは、n個の独立した等しいデータレートのデジタルストリームに分波される。個々のデジタルストリームは、その後、変調され、MIMO空間多重化されて同時発生的な同一チャネル送信を可能とし、キャリア位相調整されて(すなわち、送信ビームフォームされて)指向性送信を可能とし、デジタルからアナログに変換されてから動作周波数チャネルにRFアップコンバートされてn個の別個のTx空間ストリームとなる。例えば、TxSMX_BF402は、TxData118を処理して、図4A及び図4Bに示すように、S/P_CNV452によって逐次デジタル分波され、MOD454によって無線変調され、SMX456によって空間多重化され、TxBF458によってビームフォームされ、D/A460によってアナログに変換されてからUPCNV462によって送信のためにアップコンバートされたn個の別個のTx空間ストリーム114とする。 At block 604, the transmit data stream is split into n independent equal data rate digital streams. The individual digital streams are then modulated, MIMO spatially multiplexed to enable simultaneous co-channel transmission, carrier phase adjusted (i.e., transmit beamformed) to enable directional transmission, and digital is converted to analog and then RF upconverted to the operating frequency channel into n separate Tx spatial streams. For example, the TxSMX_BF 402 processes the TxData 118, and as shown in FIGS. 4A and 4B, it is sequentially digitally demultiplexed by the S/P_CNV 452, wirelessly modulated by the MOD 454, spatially multiplexed by the SMX 456, and beamformed by the TxBF 458. Let n separate Tx spatial streams 114 be converted to analog by D/A 460 and then upconverted for transmission by UPCNV 462.

ブロック606において、n個のTx空間ストリームは、対応のTxアンテナ回路にルーティングされる。例えば、図1に示すように、各Tx空間ストリーム114は、そのRF入力が空間ストリームをMIMO_Tx106から受け入れるとともにその2つのRF出力が選択可能な偏波アンテナ112の直交偏波された放射要素に接続されるSPDT_RFスイッチ110を備える対応のTxOSSMBF装置108にルーティングされる。 At block 606, the n Tx spatial streams are routed to corresponding Tx antenna circuits. For example, as shown in FIG. 1, each Tx spatial stream 114 is connected to an orthogonally polarized radiating element of a polarized antenna 112 whose RF input accepts the spatial stream from MIMO_Tx 106 and whose two RF outputs are selectable. is routed to a corresponding TxOSS MBF device 108 comprising an SPDT_RF switch 110 that is

ブロック608において、n個の別個の時間変動するバイナリコードが、合成され、Txアンテナ回路の制御ポートの各々に入力される。例えば、コード生成器404は、対応のTxアンテナ回路108にルーティングされるn個の時間変動するデジタルバイナリ直交又は非相関コード116を生成する。実施形態では、コードは、コード同期ロジック406によって送信ペイロードに同期される。 At block 608, the n separate time-varying binary codes are combined and input to each of the control ports of the Tx antenna circuit. For example, code generator 404 generates n time-varying digital binary orthogonal or uncorrelated codes 116 that are routed to corresponding Tx antenna circuits 108 . In embodiments, the code is synchronized to the transmit payload by code synchronization logic 406.

ブロック610において、n個のTxアンテナ回路108を横断するn個のTx空間ストリームの瞬時偏波がそれらの対応の偏波制御コード116に基づいてトグルされ、OSSMBF可能な受信機への同時発生的、同一チャネルの干渉のない指向性送信のためにn個の別個の相互に直交又は非相関の時間変動する偏波OSSMBFストリーム134を生成する。 At block 610, the instantaneous polarizations of the n Tx spatial streams traversing the n Tx antenna circuits 108 are toggled based on their corresponding polarization control codes 116 to provide simultaneous output to an OSSMBF capable receiver. , generates n separate mutually orthogonal or uncorrelated time-varying polarization OSSMBF streams 134 for co-channel interference-free directional transmission.

したがって、方法600は、本発明の一実施形態による送信直交ストリーム多重化及びビームフォーミングを実行するように動作する。方法600の動作は例示であって網羅的ではないことが注記される。種々の実施形態において、動作は、実施形態に応じて他の態様で再構成、変形、削除、付加又は変更され得る。 Accordingly, method 600 operates to perform transmit orthogonal stream multiplexing and beamforming according to one embodiment of the invention. It is noted that the operations of method 600 are exemplary and not exhaustive. In various embodiments, operations may be rearranged, modified, deleted, added, or modified in other ways depending on the embodiment.

図7は、本発明の一実施形態による受信直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを実行するための方法700を示す。例えば、例示実施形態では、方法700は、図1に示すOSSMBF_Rx104による使用に適する。 FIG. 7 illustrates a method 700 for performing spatial multiplexing and beamforming of received orthogonal streams according to an embodiment of the invention. For example, in the exemplary embodiment, method 700 is suitable for use by OSSMBF_Rx 104 shown in FIG.

ブロック702において、n個の別個の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな直交又は非相関の時間変動する偏波OSSMBFストリームが、OSSMBF可能な受信機のn個のRxアンテナ回路の各々に入射する。例えば、OSSMBF_Tx102によって生成されたn個のOSSMBFストリーム134が、OSSMBF_Rx104のn個のRxアンテナ回路122の各々において受信される。 At block 702, n distinct simultaneous co-channel stepped carrier phase-coherent orthogonal or uncorrelated time-varying polarization OSSMBF streams are transmitted to the n Rx antenna circuits of an OSSMBF-enabled receiver. incident on each. For example, n OSSMBF streams 134 generated by OSSMBF_Tx 102 are received at each of n Rx antenna circuits 122 of OSSMBF_Rx 104.

ブロック704において、MIMO送信機コード生成器において生成されたn個の別個の時間変動バイナリコードが、MIMO受信機コード生成器において等しく再生され、n個のRxアンテナ回路に入力される。さらに、同期処理は、MIMO受信機コードのタイミングをMIMO送信機のものに対して調整するように実行される。例えば、MIMO_Rx120内のコード同期ロジック506及びコード生成器504は組み合わされて、対応のRxアンテナ回路122への入力のために(MIMO_Tx106のコード生成器404において生成されたn個のコード116と同一でありかつ同期される)n個の時間変動するバイナリ直交又は非相関コード130を生成する。 At block 704, the n distinct time-varying binary codes generated at the MIMO transmitter code generator are equally regenerated at the MIMO receiver code generator and input to the n Rx antenna circuits. Additionally, a synchronization process is performed to adjust the timing of the MIMO receiver code with respect to that of the MIMO transmitter. For example, code synchronization logic 506 and code generator 504 within MIMO_Rx 120 may be combined for input to the corresponding Rx antenna circuit 122 (identical to the n codes 116 generated in code generator 404 of MIMO_Tx 106). generating n time-varying binary orthogonal or uncorrelated codes 130 (both synchronized and synchronized).

ブロック706において、MIMO受信機コード生成器からのn個の時間変動する偏波コードはこれらの対応のRxアンテナ回路の瞬時偏波をトグルし、それにより、n個の別個の「整合偏波フィルタ」を生成し、その各々はその特定のRxアンテナ回路と同一の時間変動偏波を示す1つの受信OSSMBFストリームのみをMIMO受信機に抑制せずに伝達する一方で他のOSSMBFストリームの全てを抑制する。例えば、n個の受信OSSMBFストリーム134が同時発生的にRxアンテナ回路122(1)に入射し、(偏波コード1を表示する)Rx偏波制御信号130(1)がRxアンテナ回路122(1)の時間変動する偏波フィルタ処理特性を確立する場合、(さらに偏波コード1に従って時間変動偏波される)OSSMBF_Tx装置1_108(1)から送信されたOSSMBFストリームのみが、抑制なしにOSSMBF_Rx装置122(1)を横断し、部分的に分離及び解放されたRx空間ストリーム128(1)としてMIMO_Rx120に伝搬することになる。134に含まれる他のn-1個のOSSMBFストリームの全ては、Rxアンテナ回路122(1)内で抑制されることになる。 At block 706, the n time-varying polarization codes from the MIMO receiver code generator toggle the instantaneous polarization of their corresponding Rx antenna circuits, thereby generating n separate "matched polarization filters". ”, each of which transmits unsuppressed to the MIMO receiver only one received OSSMBF stream exhibiting the same time-varying polarization as that particular Rx antenna circuit, while suppressing all other OSSMBF streams. do. For example, n received OSSMBF streams 134 are simultaneously incident on Rx antenna circuit 122(1), and Rx polarization control signal 130(1) (indicating polarization code 1) is incident on Rx antenna circuit 122(1). ), only the OSSMBF stream transmitted from OSSMBF_Tx device 1_108 (1) (which is further time-varying polarized according to polarization code 1) is transmitted to OSSMBF_Rx device 122 without suppression. (1) and will propagate to MIMO_Rx 120 as a partially separated and released Rx spatial stream 128(1). All of the other n-1 OSSMBF streams included in 134 will be suppressed within Rx antenna circuit 122(1).

ブロック708において、n個のOSSMBF_Rx装置から出力されたn個の部分的に分離及び解放されたRx空間ストリームは、ベースバンドにダウンコンバートされ、MIMO_Rx処理のために二値化される。MIMO_Rx処理は、非常に指向性の高い受信によってSNR最大化可能となる個々のRx空間ストリーム受信ビームフォーミング(例えば、キャリア位相調整)及び付随する偏波抑制OSSMBFストリームの全ての残存する痕跡によってSIR最大化可能となる空間逆多重化を含む。結果として得られるn個の完全に分離及び解放されてSNR及びSIRが最大化されたRx無線ストリームは、その後、デジタルストリームに復調され、単一の出力RxDataストリームへの集約のためにパラレル-シリアル変換される。例えば、RxBF_SDMX502は、図5A及び図5Bに示すように、n個のRx空間ストリーム128を入力してそれらを処理して単一のRxDataストリーム108とする。例えば、RxSDMX_BF502は、図5A及び5Bに示すように、ダウンコンバート(552)、A/D変換(554)、Rxビームフォーミング(556)、空間逆多重化(558)、復調(560)及びP/S変換(562)を介してRx空間ストリーム128を処理して出力データとする。 At block 708, the n partially separated and released Rx spatial streams output from the n OSSMBF_Rx devices are downconverted to baseband and binarized for MIMO_Rx processing. MIMO_Rx processing allows SNR maximization through highly directional reception, individual Rx spatial stream receive beamforming (e.g. carrier phase adjustment) and all remaining traces of the accompanying polarization suppressed OSSMBF stream to maximize SIR. This includes spatial demultiplexing that allows for The resulting n fully separated and released Rx radio streams to maximize SNR and SIR are then demodulated into digital streams and parallel-to-serial for aggregation into a single output RxData stream. converted. For example, RxBF_SDMX 502 inputs n Rx spatial streams 128 and processes them into a single RxData stream 108, as shown in FIGS. 5A and 5B. For example, the RxSDMX_BF 502 includes downconversion (552), A/D conversion (554), Rx beamforming (556), spatial demultiplexing (558), demodulation (560) and P/D as shown in FIGS. 5A and 5B. The Rx spatial stream 128 is processed into output data via an S-transform (562).

ブロック710において、データレートn×RMbpsの受信データストリームが、OSSMBF可能な受信機から出力される。例えば、RxData132が、OSSMBF_Rx104内のMIMO_Rx120から出力される。 At block 710, a received data stream at a data rate n×RMbps is output from an OSSMBF capable receiver. For example, RxData 132 is output from MIMO_Rx 120 in OSSMBF_Rx 104.

したがって、方法700は、本発明の一実施形態による受信機直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミングを実行するように動作する。方法700の動作は例示であって網羅的ではないことが注記される。種々の実施形態において、動作は、実施形態応じて他の態様で再構成、変形、削除、付加又は変更され得る。 Accordingly, method 700 operates to perform spatial multiplexing and beamforming of receiver orthogonal streams according to one embodiment of the invention. It is noted that the operations of method 700 are exemplary and not exhaustive. In various embodiments, operations may be rearranged, modified, deleted, added, or modified in other ways depending on the embodiment.

種々の実施形態において、無数の可能な物理的な切換え可能な偏波アンテナ要素の種類が存在し、各々はおそらくは直交(H-V又はRHCP-LHCP)偏波間を切り換えるための幾つかの別個のメカニズムを有するので、ここに記載されるような基本的な動作を変更することなく具体的な物理的構成要素を変更/代替する無数の態様が存在する。 In various embodiments, there are an infinite number of possible physical switchable polarization antenna element types, each potentially capable of several distinct polarizations for switching between orthogonal (HV or RHCP-LHCP) polarizations. As such, there are countless ways to change/substitute specific physical components without changing the fundamental operation as described herein.

例示の実施例
種々の例示実施形態では、ここに記載するOSSMBFの方法及び装置を旧来のn次MIMO空間多重化及びビームフォーミング構成された無線リンクに組み込むことは、単一のストリームのデータ転送レートのn倍までのデータ転送レート、及び多くの場合にやはりnに依存する通信範囲の増加をもたらす。
Illustrative Embodiments In various illustrative embodiments, incorporating the OSSMBF methods and apparatus described herein into a traditional n-order MIMO spatial multiplexing and beamforming configured wireless link can reduce the data transfer rate of a single stream. resulting in a data transfer rate of up to n times , and an increase in communication range which in many cases also depends on n.

IEEE802.11axWLANネットワーク
実施形態では、新たに出現したIEEE802.11ax(「WiFi6」相当)WLANネットワークにおける大幅なデータレート及び範囲の向上のための方法及び装置は、
A.各々が8×8個のMIMO空間マルチプレクサ/デマルチプレクサ及びビームフォーマを組み込む2個のWiFi6送受信機(「WiFiTRX8」)を備え、それは5GHzにおいて8個のステップ状キャリア位相コヒーレントMCS11(すなわち、1024QAM)の160MHzのBW空間ストリームとの間で8×1201=9608MbpsのTxDataを処理することができ、さらに、8次Walshコード生成器を備え、
B.ここに記載するようなOSSMBF_Tx/Rx装置として構成可能な0.47λ要素間隔を有する選択可能なデュアル偏波(H/V)アンテナ要素の2個の5GHz2H×4Wの平面アレイ(「AA2×4」)を備え、
C.WiFiTRX8及びAA2×4は、図1に従ってOSSMBF_Tx102WLANアクセスポイント装置に構成され、図6の送信方法に従って協働し、
D.WiFiTRX8及びAA2×4は、図1に従ってOSSMBF_Rx104WLANクライアント装置に構成され、図7の受信方法に従って協働する。
In an IEEE 802.11ax WLAN network embodiment, a method and apparatus for significant data rate and range enhancement in an emerging IEEE 802.11ax ("WiFi6" equivalent) WLAN network includes:
A. It comprises two WiFi6 transceivers (“WiFiTRX8”), each incorporating 8×8 MIMO spatial multiplexer/demultiplexer and beamformer, which supports eight stepped carrier phase coherent MCS11 (i.e. 1024QAM) at 5GHz. It can process 8×1201=9608 Mbps of TxData between the 160 MHz BW spatial stream, and is further equipped with an 8th order Walsh code generator.
B. Two 5GHz 2H×4W planar arrays (“AA2×4”) of selectable dual polarization (H/V) antenna elements with 0.47λ element spacing that can be configured as an OSSMBF_Tx/Rx device as described herein. ),
C. WiFi TRX8 and AA2×4 are configured into an OSSMBF_Tx102 WLAN access point device according to FIG. 1 and cooperate according to the transmission method of FIG. 6;
D. WiFi TRX8 and AA2x4 are configured in the OSSMBF_Rx104 WLAN client device according to FIG. 1 and cooperate according to the reception method of FIG. 7.

IEEE802.11ax通信リンクにおけるOSSMBF性能の向上の具体例として、上記送信装置及び方法は、9608MbpsのTxData108を、13dBiの指向性送信アンテナゲインを特徴とする8×5GHzのOSSMBFストリーム134に変換し得る一方で、対応の受信装置及び方法は、さらに13dBiの指向性受信アンテナゲインを追加しつつ、上記OSSMBFストリームを9608MbpsのRxData132に逆変換し得る。旧来のWiFi6標準のそのような(すなわち、同一のOSSMBF装置であるがOSSMBFの方法をなくした)リンクは、0dBiの総指向性アンテナゲインでは2×1201=2402Mbpsのデータしか搬送することができない。したがって、8×8個のWiFi6上でのOSSMBFは、旧来の8×8個のWiFi6自体での通信範囲の約(1026/20=)20倍において(9608/2402=)4倍のデータレートを配信する。 As a specific example of improving OSSMBF performance in an IEEE 802.11ax communication link, the transmitting apparatus and method described above may convert 9608 Mbps TxData 108 into an 8x5 GHz OSSMBF stream 134 featuring a directional transmit antenna gain of 13 dBi. Then, a corresponding receiving device and method may convert the OSSMBF stream back to 9608 Mbps RxData 132 while adding an additional 13 dBi of directional receive antenna gain. Such a link (i.e. the same OSSMBF equipment but without the OSSMBF method) of the legacy WiFi 6 standard can only carry 2×1201=2402 Mbps of data with a total directional antenna gain of 0 dBi. Therefore, OSSMBF on 8x8 WiFi6 is about (10 26/20 =) 20 times the data rate of (9608/2402 =) 4 times the communication range on traditional 8x8 WiFi6 itself. Deliver.

5GmmWモバイルセルラネットワーク
実施形態では、新たに出現した5GmmWモバイルセルラネットワークにおける大幅なデータ転送レートの増加のための方法及び装置は、
A.32×32個のMIMO空間マルチプレクサ及び32×8個のレプリケータ-ビームフォーマ並びに32次Walshコード生成器を組み込む5GmmW基地局送信機(「5GgNB32×8」)を備える。各5GgNB32×8は、1848MbpsのTxデータを1つの256-QAM400MHz空間ストリームに28GHzで処理し、32個の独立したそのような空間ストリームを生成し、各ストリームを8倍に複製し、結果として得られる各ストリームのキャリア位相を独立して任意にコヒーレントにオフセットして、UEへの送信のために、合計256個のステップ状位相コヒーレントな同一チャネルの等しい振幅、変調及び帯域幅の28GHzMIMO_Txストリーム(32×1848=59136MbpsのTxDataまでを搬送する)を生成することができ、
B.ここに記載するようなOSSMBF_Tx装置として構成される0.47λ要素間隔を有する選択可能なデュアル偏波(H/V)アンテナ要素の28GHz16H×16Wの平面アレイ(「AA16×16」)を備え、
C.32×32個のMIMOビームフォーマ及び空間デマルチプレクサ並びに32次Walshコード生成器を組み込む5GmmWユーザ機器受信機(「5GUE32」)を備える。各5GUE32は、RxDataへの集約のために32個の28GHz256-QAM、400MHzBW空間ストリームを指向的に受信して復調することができ、
D.ここに記載するようなOSSMBF_Rx装置として構成される0.47λ要素間隔を有する選択可能なデュアル偏波(H/V)アンテナ要素の28GHz4H×8Wの平面アレイ(「AA4×8」)を備え、
E.5GgNB32×8及びAA16×16は、図1に従ってOSSMBF_Tx102セルラ基地局装置に構成され、図6の送信方法に従って協働し、
F.5GUE32及びAA4×8は、図1に従ってOSSMBF_Rx104セルラUE装置に構成され、図7の方法に従って協働する。
In a 5GmmW mobile cellular network embodiment, a method and apparatus for significantly increasing data transfer rates in an emerging 5GmmW mobile cellular network comprises:
A. A 5GmmW base station transmitter ("5GgNB32x8") incorporating a 32x32 MIMO spatial multiplexer and a 32x8 replicator-beamformer and a 32nd order Walsh code generator is provided. Each 5GgNB32x8 processes 1848Mbps of Tx data into one 256-QAM 400MHz spatial stream at 28GHz, producing 32 independent such spatial streams, replicating each stream by a factor of 8, resulting in independently and arbitrarily coherently offset the carrier phase of each stream transmitted to the UE for a total of 256 step-phase coherent co-channel equal amplitude, modulation and bandwidth 28 GHz MIMO_Tx streams (32 ×1848=59136Mbps of TxData) can be generated,
B. comprising a 28 GHz 16H×16W planar array (“AA16×16”) of selectable dual polarization (H/V) antenna elements with 0.47λ element spacing configured as an OSSMBF_Tx device as described herein;
C. A 5GmmW user equipment receiver ("5GUE32") incorporating a 32x32 MIMO beamformer and spatial demultiplexer and a 32nd order Walsh code generator is provided. Each 5GUE 32 can directionally receive and demodulate 32 28GHz 256-QAM, 400MHz BW spatial streams for aggregation into RxData;
D. comprising a 28 GHz 4H×8W planar array (“AA4×8”) of selectable dual polarization (H/V) antenna elements with 0.47λ element spacing configured as an OSSMBF_Rx device as described herein;
E. 5GgNB32x8 and AA16x16 are configured into an OSSMBF_Tx102 cellular base station device according to FIG. 1 and cooperate according to the transmission method of FIG. 6,
F. 5GUE32 and AA4x8 are configured into an OSSMBF_Rx104 cellular UE device according to FIG. 1 and cooperate according to the method of FIG.

新たに出現した5GmmWモバイルセルラネットワークにおけるOSSMBF性能の向上の具体例として、上記送信装置及び方法は、28GHzで数千の逐次的な個々のペンシルビーム波面として送信された256個のOSSMBFストリーム134への直交時間変動偏波について、59136MbpsのTxData108を32個の8倍複製及び位相シフトTx空間ストリームに変換し得る。一方、数千の受信装置及び方法の対応の集合体は、59136MbpsのRxData132の回復のために(ここでも集合体において)各個々のペンシルビーム波面を32個のRx空間ストリームに分離し得る。なお、同一のOSSMBF機器を採用するがOSSMBFの方法をなくした現在検討中の5G空間多重化技術は、最大2×1848=3696Mbpsの集約データ転送しかもたらさず、この特定のOSSMBF構成の全体で1/16となる。 As a specific example of improving OSSMBF performance in emerging 5GmmW mobile cellular networks, the transmitting apparatus and method described above can be applied to 256 OSSMBF streams 134 transmitted as thousands of sequential individual pencil beam wavefronts at 28GHz. For orthogonal time-varying polarizations, 59136 Mbps of TxData 108 may be converted into 32 8x replicated and phase-shifted Tx spatial streams. Meanwhile, a corresponding collection of thousands of receiving devices and methods may separate each individual pencil beam wavefront (again in the collection) into 32 Rx spatial streams for recovery of 59136 Mbps of RxData 132. It should be noted that the 5G spatial multiplexing technology currently under consideration, which employs the same OSSMBF equipment but eliminates the OSSMBF method, will only result in an aggregate data transfer of up to 2 x 1848 = 3696 Mbps, resulting in a total of 1 for this particular OSSMBF configuration. /16.

IEEE802.11axWANネットワーク
実施形態では、検討されている大容量WiFi6ベースのワイドエリアインターネット分散ネットワークのための方法及び装置は、
A.各々が32×32個のMIMO空間マルチプレクサ及びビームフォーマを組み込む2個のWiFi-6送受信機(「WiFiTRX32」)を備え、その各々は、32×1201=38432MbpsのTx/Rxデータを32個のステップ状キャリア位相コヒーレントMCS11、160MHz空間ストリームを5GHzで処理し、さらに32次Walshコード生成器を備え、
B.ここに記載するようなOSSMBF_Tx/Rx装置として構成される0.47λ要素間隔を有する選択可能なデュアル偏波(H/V)アンテナ要素の2個の5GHz4H×8Wの平面アレイ(「AA4×8」)を備え、
C.1つのWiFiTRX32及び1つのAA4×8は、図1に従ってOSSMBF_Tx102WAN基地局装置に構成され、図6の送信方法に従って協働し、
D.WiFiTRX32及び1つのAA4×8は、図1に従ってOSSMBF_Rx104WAN_CPE受信装置に構成され、図7の受信方法に従って動作する。
In the IEEE 802.11ax WAN network embodiment, the contemplated method and apparatus for a high-capacity WiFi 6-based wide area Internet distributed network includes:
A. It comprises two WiFi-6 transceivers (“WiFiTRX32”) each incorporating 32×32 MIMO spatial multiplexers and beamformers, each of which transmits 32×1201=38432 Mbps of Tx/Rx data in 32 steps. a carrier phase coherent MCS 11, processing a 160 MHz spatial stream at 5 GHz, further equipped with a 32nd order Walsh code generator,
B. Two 5GHz 4H×8W planar arrays (“AA4×8”) of selectable dual polarization (H/V) antenna elements with 0.47λ element spacing configured as an OSSMBF_Tx/Rx device as described herein. ),
C. One WiFi TRX 32 and one AA4x8 are configured into an OSSMBF_Tx102 WAN base station device according to FIG. 1 and cooperate according to the transmission method of FIG. 6,
D. The WiFi TRX 32 and one AA4x8 are configured into an OSSMBF_Rx104WAN_CPE receiver according to FIG. 1 and operate according to the reception method of FIG. 7.

このようなWiFi-6ベースのWAN基地局のCPEへのリンクにおけるOSSMBF性能の向上の具体例として、上記送信装置及び方法は、約42dBの指向性Tx+Rxアンテナ処理ゲインで対とされた32個の1201MbpsのOSSMBFストリーム(正味38432Mbpsのデータ転送)を合成し得る。このような性能は、ユーザがケーブル又はDSLに現在支払う費用の数分の一で、20km以内の2000ユーザに60/60/24/7の20Mbpsのインターネットを配信する25Gbps基地局を備える大都市の無線ネットワークに対応し得る。 As a specific example of improving OSSMBF performance in such a WiFi-6 based WAN base station link to a CPE, the transmitting apparatus and method described above utilizes 32 paired antennas with a directional Tx+Rx antenna processing gain of approximately 42 dB. A 1201 Mbps OSSMBF stream (38432 Mbps net data transfer) may be synthesized. Such performance can be achieved in large cities with 25Gbps base stations delivering 60/60/24/7 20Mbps Internet to 2000 users within 20km2 at a fraction of the cost users currently pay for cable or DSL. wireless networks.

LEO衛星通信ネットワーク
実施形態では、新たに出現したLEO衛星通信ネットワークにおける大幅なデータ転送レートの増加のための方法及び装置は、
A.128×128個のMIMO空間マルチプレクサ及び128×8個のレプリケータ-ビームフォーマ、128次Walshコード生成器を組み込み、1440MbpsのTxDataを1つの64-APSK250MHz信号に40.0GHzで処理し、128個の独立したそのような空間ストリームを生成し、各空間ストリームを8倍に複製し、結果として得られる各空間ストリームのキャリア位相を独立してコヒーレントにオフセットして、ユーザ地上端末に向けた470kmまでのダウンリンクのために、合計1024個のTx空間ストリーム(128×1440=184.3Gbpsまでを搬送する)を生成することができるLEOSAT衛星端末送信機(「LEOSTX128×8」)と、
B.1024/8個のビームフォーマ-コンバイナ、128×128個のMIMO空間デマルチプレクサ及び128次Walshコード生成器を組み込み、1024個の40.0GHz64-APSK、250MHz空間ストリームを地球低軌道から指向的に受信してその特定のRxDataを回復することができるLEOSAT地上端末受信機(「LEOSRX1024/8」)と、
C.ここに記載するようなOSSMBF_Tx/Rxとして構成される0.47λ要素間隔を有する選択可能なデュアル偏波(LHCP/RHCP)アンテナ要素の2個の40.0GHz32H×32W平面アレイ(「AA32×32」)と、を備え、
D.LEOSTX128×8及び1つのAA32×32は、図1に従ってOSSMBF_Tx102衛星装置に構成され、図6の送信方法に従って協働し、
E.LEOSRX1024/8及び1つのAA32×32は、図1に従ってOSSMBF_Rx104地上装置に構成され、図7の受信方法に従って協働する。
In a LEO satellite communications network embodiment, a method and apparatus for significantly increasing data transfer rates in an emerging LEO satellite communications network includes:
A. It incorporates a 128 x 128 MIMO spatial multiplexer and a 128 x 8 replicator beamformer, a 128th order Walsh code generator, processes 1440 Mbps TxData into one 64-APSK 250 MHz signal at 40.0 GHz, and processes 128 independent generate such spatial streams, replicate each spatial stream by a factor of 8, and independently and coherently offset the carrier phase of each resulting spatial stream to provide up to 470 km downlink to the user ground terminal. a LEOSAT satellite terminal transmitter (“LEOSTX128×8”) capable of generating a total of 1024 Tx spatial streams (carrying up to 128×1440=184.3 Gbps) for the link;
B. Incorporates 1024/8 beamformer combiner, 128x128 MIMO spatial demultiplexer and 128th order Walsh code generator to receive 1024 40.0GHz 64-APSK, 250MHz spatial streams directionally from low earth orbit a LEOSAT ground terminal receiver (“LEOSRX1024/8”) capable of recovering its specific RxData;
C. Two 40.0 GHz 32H×32W planar arrays (“AA32×32”) of selectable dual polarization (LHCP/RHCP) antenna elements with 0.47λ element spacing configured as OSSMBF_Tx/Rx as described herein. ) and,
D. LEOSTX128x8 and one AA32x32 are configured in an OSSMBF_Tx102 satellite device according to Fig. 1 and cooperate according to the transmission method of Fig. 6;
E. LEOSRX 1024/8 and one AA32x32 are configured in the OSSMBF_Rx 104 ground equipment according to FIG. 1 and cooperate according to the reception method of FIG. 7.

このような検討されるLEO衛星の地上へのリンクにおけるOSSMBF性能の向上の具体例として、上記送信装置及び方法は、各々が18個の上記LEOSTX128を備える7518個のオービターのLEOSATネットワークが、現在のケーブル又はDSLよりもはるかに低いコストで、地上のどこかに位置する2B_LEOSRX128地上局に60/60/24/7の20Mbpsのインターネットを配信することを可能とし得る。 As a specific example of such a contemplated OSSMBF performance improvement in the LEO satellite to ground link, the transmitting apparatus and method described above can be used to improve the performance of a LEOSAT network of 7518 orbiters, each comprising 18 of the LEOSTX 128, compared to the current It may be possible to deliver 60/60/24/7 20Mbps Internet to a 2B_LEOSRX128 ground station located somewhere on the earth at a much lower cost than cable or DSL.

本発明の例示の態様が本発明の種々の実施形態の詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されることになるが、これらは本発明を特定の実施形態に制限するものと解釈されるべきではなく、説明及び理解のみを目的とするものである。例えば、ここに記載する実施形態の多くは、垂直及び水平偏波法についてのみ言及する。本発明は、代わりに右手及び左手円偏波による(例えば、RHCP、LHCP)偏波技術を採用する場合にも、限定なく同様に機能する。 Illustrative aspects of the invention will be more fully understood from the detailed description of various embodiments of the invention and the accompanying drawings, which should be construed to limit the invention to the particular embodiments. should not be used, and are for explanation and understanding purposes only. For example, many of the embodiments described herein only refer to vertical and horizontal polarization methods. The present invention works equally well, without limitation, if right-handed and left-handed circularly polarized (eg, RHCP, LHCP) polarization techniques are employed instead.

無線通信における直交ストリームの空間多重化及びビームフォーミング(「OSSMBF」)のための方法及び装置が開示される。一実施形態では、OSSMBFの方法は、発信データストリームを分波、変調、MIMO空間多重化及び送信ビームフォームしてn個のTx空間ストリームとし、それらを、同時発生的な同一チャネルでの相互干渉なしの指向性送信のために、OSSMBF送信装置においてバイナリ直交又は非相関コードを介して制御される対応の選択可能な偏波アンテナに結合することを含む。送信された各個々のこのようなOSSMBFストリームは、他のn-1個のOSSMBFストリームに対して、時間変動する偏波直交又は非相関のものであってステップ状位相コヒーレントなものとして表れる。方法は、同じ組の別個のバイナリコードによって制御されるn個の対応の選択可能な偏波アンテナを用いる送信先のOSSMBF受信装置において、n個のOSSMBFストリームの受信で終了する。この態様において、n個の受信OSSMBFストリームの各々は偏波整合フィルタ処理され、発信データストリームに復調及びデジタル集約して戻すための完全に分離及び解放されたストリームへの後の受信ビームフォーミング及び空間逆多重化のために、その対応のアンテナにおける検出に応じて他の全てから部分的に分離及び解放される。ここに記載する方法及び装置は、任意の大きな値のnに当てはまり、共通の送信元から発して等しい振幅、変調及び帯域幅を特徴とするが別個のデータを搬送し、相互に直交する時間変動偏波及びステップ状キャリア位相コヒーレンスを示すn個のMIMO空間ストリームが、同時発生的に相互干渉なく同じ周波数チャネルで共通の指向性搬送において単一の送信先に伝搬することを意味する。その他、n次OSSMBFの方法及び装置は、固定周波数、変調及び帯域幅の無線チャネルのデータ転送レートをn倍し、その通信範囲をnに比例量の倍数とすることができる。 A method and apparatus for orthogonal stream spatial multiplexing and beamforming ("OSSMBF") in wireless communications is disclosed. In one embodiment, the OSSMBF method involves demultiplexing, modulating, MIMO spatially multiplexing, and transmit beamforming the outgoing data stream into n Tx spatial streams and combining them with simultaneous co-channel mutual interference. for directional transmission without coupling to corresponding selectable polarization antennas controlled via binary orthogonal or uncorrelated codes in the OSSMBF transmitter. Each individual such OSSMBF stream transmitted appears as time-varying polarization orthogonal or uncorrelated and step-phase coherent with respect to n-1 other OSSMBF streams. The method ends with the reception of the n OSSMBF streams at the destination OSSMBF receiver using n corresponding selectable polarization antennas controlled by the same set of distinct binary codes. In this manner, each of the n received OSSMBF streams is polarization-matched filtered and subsequently received beamformed and spatially separated into fully separated and freed streams for demodulation and digital aggregation back into the outgoing data stream. For demultiplexing, it is partially separated and released from all others depending on the detection at its corresponding antenna. The methods and apparatus described herein apply to arbitrarily large values of n, emanate from a common source and carry distinct data characterized by equal amplitude, modulation, and bandwidth, and mutually orthogonal time variations. This means that n MIMO spatial streams exhibiting polarization and stepped carrier phase coherence simultaneously propagate to a single destination in a common directional carrier on the same frequency channel without mutual interference. Additionally, the n-order OSSMBF method and apparatus may multiply the data transfer rate of a fixed frequency, modulation, and bandwidth wireless channel by a factor of n, and its communication range may be a multiple of a proportional amount to n.

本発明の特定の実施形態を図示及び説明したが、ここでの教示に基づいて、本発明及びそのより広範な態様のこれらの例示実施形態から逸脱することなく変更及び変形がなされ得ることは当業者には明らかとなる。したがって、後続の特許請求の範囲は、本発明のこの例示実施形態の真の主旨及び範囲内となるように、それらの範囲内にその変更及び変形の全てを包含することが意図される。 While particular embodiments of the invention have been illustrated and described, it will be appreciated that changes and modifications may be made based on the teachings herein without departing from these illustrative embodiments of the invention and its broader aspects. It will be clear to business operators. It is therefore intended that the following claims cover within their scope all such modifications and variations as may fall within the true spirit and scope of this exemplary embodiment of the invention.

Claims (20)

送信機装置であって、
データストリームを受信し、同時発生的な同一チャネルでの送信のために空間符号化されるとともに正確な空間方向への放射のために送信ビームフォームされた複数のRF_Tx空間ストリームを生成するMIMO送信機と、
複数の別個の偏波制御信号を生成するコード生成器と、
前記複数のTx空間ストリーム及び前記複数の偏波制御信号を受信し、複数の別個の偏波放射ストリームを生成する複数の送信アンテナ回路であって、各送信アンテナ回路が、
第1及び第2の直交偏波された送信アンテナ要素と、
対応の偏波制御信号に基づいてTx空間ストリームを前記第1及び第2の直交偏波された送信アンテナ要素に選択的に接続するRFスイッチと、
を備える、複数の送信アンテナ回路と、
を備える装置。
A transmitter device,
A MIMO transmitter that receives a data stream and generates multiple RF_Tx spatial streams that are spatially encoded for simultaneous co-channel transmission and transmit beamformed for precise spatial direction radiation. and,
a code generator that generates a plurality of distinct polarization control signals;
a plurality of transmit antenna circuits for receiving the plurality of Tx spatial streams and the plurality of polarization control signals and generating a plurality of separate polarization radiation streams, each transmit antenna circuit comprising:
first and second orthogonally polarized transmit antenna elements;
an RF switch selectively connecting a Tx spatial stream to the first and second orthogonally polarized transmit antenna elements based on corresponding polarization control signals;
a plurality of transmitting antenna circuits comprising;
A device comprising:
前記MIMO送信機は、データスプリッタ、無線変調器、MIMO空間マルチプレクサ及び送信ビームフォーマを備える、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the MIMO transmitter comprises a data splitter, a wireless modulator, a MIMO spatial multiplexer, and a transmit beamformer. 前記データスプリッタ及び前記無線変調器は、複数の等しい振幅、変調及び帯域幅のTx無線ストリームを前記データストリームから合成する、請求項2に記載の装置。 3. The apparatus of claim 2, wherein the data splitter and the wireless modulator combine multiple equal amplitude, modulation and bandwidth Tx wireless streams from the data stream. 前記MIMO空間マルチプレクサは、前記複数のTx無線ストリームを、相互干渉なく同時発生的に同じチャネルにおいて送信可能な前記複数のTx空間ストリームに空間符号化する、請求項2に記載の装置。 3. The apparatus of claim 2, wherein the MIMO spatial multiplexer spatially encodes the plurality of Tx radio streams into the plurality of Tx spatial streams that can be transmitted simultaneously on the same channel without mutual interference. 前記送信ビームフォーマは、各Tx空間ストリームのキャリア位相を調整して、それらが前記正確な空間方向に放射可能となる、請求項2に記載の装置。 3. The apparatus of claim 2, wherein the transmit beamformer adjusts the carrier phase of each Tx spatial stream so that they can radiate in the precise spatial direction. 前記コード生成器は複数の別個のデジタルのバイナリの時間変動する直交又は非相関の逐次偏波制御信号を合成し、前記MIMO送信機は前記複数の偏波制御信号を前記Tx空間ストリームのシンボルレートで同期させる同期ロジックをさらに備える、請求項1に記載の装置。 The code generator combines a plurality of separate digital, binary, time-varying orthogonal or uncorrelated sequential polarization control signals, and the MIMO transmitter combines the plurality of polarization control signals at a symbol rate of the Tx spatial stream. 2. The apparatus of claim 1, further comprising synchronization logic for synchronizing. 前記送信アンテナ回路の前記第1及び第2の直交偏波された送信アンテナ要素は、水平及び垂直直交性又は右手円偏波(RHCP)及び左手円偏波(LHCP)直交性の一方を与えるように構成された、請求項1に記載の装置。 The first and second orthogonally polarized transmit antenna elements of the transmit antenna circuit are configured to provide one of horizontal and vertical orthogonality or right-handed circular polarization (RHCP) and left-handed circular polarization (LHCP) orthogonality. The apparatus of claim 1, configured to. 受信機装置であって、
各々が、複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな別個に偏波されたRF放射ストリームを検出し、複数の偏波制御信号のうちの別個の1つを受信し、1つの抑制されない偏波フィルタ処理済み放射ストリームを備えるRx空間ストリームを出力する複数の受信アンテナ回路であって、各受信アンテナ回路が、
第1及び第2の直交偏波された受信アンテナ要素と、
前記第1及び第2の直交偏波された受信アンテナ要素の出力を対応の偏波制御信号に基づいてMIMO受信機に選択的に接続するRFスイッチと、
を備える、複数の受信アンテナ回路と、
同時発生的な同一チャネルでの送信を完了するように空間復号され、正確な空間方向からの検出のために受信ビームフォームされた複数のRx空間ストリームから前記複数の偏波制御信号及びデータストリームを生成する前記MIMO受信機と、
を備える装置。
A receiver device,
each detecting a plurality of simultaneous co-channel stepped carrier phase coherent separately polarized RF radiation streams and receiving a separate one of a plurality of polarization control signals; a plurality of receive antenna circuits outputting Rx spatial streams comprising two unsuppressed polarization filtered radiation streams, each receive antenna circuit comprising:
first and second orthogonally polarized receive antenna elements;
an RF switch selectively connecting the outputs of the first and second orthogonally polarized receive antenna elements to a MIMO receiver based on corresponding polarization control signals;
a plurality of receiving antenna circuits comprising;
the plurality of polarization control signals and data streams from the plurality of Rx spatial streams that are spatially decoded to complete simultaneous co-channel transmission and receive beamformed for accurate spatial direction detection; the MIMO receiver that generates;
A device comprising:
前記第1及び第2の直交偏波された受信アンテナ要素は、水平及び垂直直交性又はRHCP及びLHCP直交性の一方を与えるように構成された、請求項8に記載の装置。 9. The apparatus of claim 8, wherein the first and second orthogonally polarized receive antenna elements are configured to provide one of horizontal and vertical orthogonality or RHCP and LHCP orthogonality. 前記MIMO受信機は、
複数の別個のデジタルのバイナリの時間変動する直交又は非相関の逐次偏波制御信号を合成するコード生成器であって、各偏波制御信号は対応の受信放射ストリームに関連付けられる、コード生成器と、
前記複数の偏波制御信号をそれらの対応の放射ストリームのシンボルレートで同期させる同期ロジックと、
を備える、請求項8に記載の装置。
The MIMO receiver includes:
a code generator for synthesizing a plurality of separate digital, binary, time-varying orthogonal or uncorrelated sequential polarization control signals, each polarization control signal being associated with a corresponding received radiation stream; ,
synchronization logic that synchronizes the plurality of polarization control signals at symbol rates of their corresponding radiation streams;
9. The apparatus of claim 8, comprising:
前記MIMO受信機は、受信ビームフォーマ、MIMO空間デマルチプレクサ、無線復調器及びデジタルデータコンバイナを備える、請求項8に記載の装置。 9. The apparatus of claim 8, wherein the MIMO receiver comprises a receive beamformer, a MIMO spatial demultiplexer, a radio demodulator, and a digital data combiner. 前記受信ビームフォーマは、各々が前記正確な空間方向から検出可能となるように各Rx空間ストリームのキャリア位相を調整する、請求項11に記載の装置。 12. The apparatus of claim 11, wherein the receive beamformer adjusts the carrier phase of each Rx spatial stream such that each is detectable from the precise spatial direction. 前記MIMO空間デマルチプレクサは、前記複数のRx空間ストリームを、後の復調及びデータストリームへのデジタル集約のために前記複数のRx無線ストリームに空間復号する、請求項11に記載の装置。 12. The apparatus of claim 11, wherein the MIMO spatial demultiplexer spatially decodes the plurality of Rx spatial streams into the plurality of Rx radio streams for subsequent demodulation and digital aggregation into a data stream. データストリームを複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな指向的に放射されたRFストリームに変換する送信動作であって、各放射ストリームが他の放射ストリームとは別個の偏波を備える、送信動作と、
複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな別個に偏波された放射RFストリームを指向的に検出する受信動作であって、検出された前記複数の放射ストリームは前記データストリームへの後の変換のために偏波フィルタ処理される、受信動作と、
を備える方法。
A transmission operation that converts a data stream into multiple simultaneous co-channel stepped carrier phase-coherent directionally radiated RF streams, each radiated stream having a separate polarization from the other radiated streams. a sending operation,
a receiving operation of directionally detecting a plurality of simultaneous co-channel stepped carrier phase coherent separately polarized radiated RF streams, the detected plurality of radiated streams being directed to the data stream; a receive operation that is polarization filtered for subsequent conversion;
How to prepare.
前記送信動作は前記複数の放射ストリームを対応の複数の送信アンテナから別個の空間方向に放射することを含み、各送信アンテナは、その対応の放射ストリームに応じて別個の時間変動する直交又は非相関の逐次偏波に影響を与え、
前記受信動作は複数の受信アンテナの各々において別個の空間方向からの前記複数の放射ストリームを検出することを含み、各受信アンテナは、1つの選択された放射ストリームの偏波に等しく対応するその検出した複数の放射ストリームに応じて別個の時間変動する直交又は非相関の逐次偏波フィルタ処理に影響を与える、請求項14に記載の方法。
The transmitting operation includes radiating the plurality of radiation streams in distinct spatial directions from a plurality of corresponding transmit antennas, each transmit antenna having a separate time-varying orthogonal or uncorrelated radiation stream depending on its corresponding radiation stream. affects the sequential polarization of
The receiving operation includes detecting the plurality of radiation streams from distinct spatial directions at each of a plurality of receiving antennas, each receiving antenna having its detection equally corresponding to the polarization of one selected radiation stream. 15. The method of claim 14, wherein the method affects separate time-varying orthogonal or uncorrelated sequential polarization filtering depending on the plurality of radiation streams transmitted.
前記送信動作及び前記受信動作は、偏波制御信号に基づいて、選択可能な垂直及び水平偏波又は右手円偏波(RHCP)及び左手円偏波(LHCP)を提供する、請求項15に記載の方法。 16. The transmitting operation and the receiving operation provide selectable vertical and horizontal polarization or right-handed circular polarization (RHCP) and left-handed circular polarization (LHCP) based on a polarization control signal. the method of. 前記送信動作は、対応の複数の送信アンテナにおいて、複数のTx空間ストリームを、対応の複数の別個の時間変動するバイナリの直交又は非相関の逐次偏波制御信号に基づいて偏波して複数の放射ストリームとすることを含み、
前記受信動作は、検出された前記複数の放射ストリームを対応の複数の受信アンテナにおいて前記送信動作に関連付けられた同じ偏波制御信号を用いて偏波フィルタ処理し、それにより、各受信アンテナが、1つの抑制されない偏波フィルタ処理済み放射ストリーム及び残余の複数の抑制された偏波フィルタ処理済み放射ストリームを備える部分的に分離及び解放されたRx空間ストリームを出力する別個の整合偏波フィルタとして機能する、請求項16に記載の方法。
The transmitting operations include polarizing a plurality of Tx spatial streams at a plurality of corresponding transmit antennas based on a plurality of corresponding discrete time-varying binary orthogonal or uncorrelated sequential polarization control signals. a radiant stream;
The receive operation polarization filters the detected plurality of radiation streams at corresponding plurality of receive antennas using the same polarization control signal associated with the transmit operation, such that each receive antenna: Acts as a separate matched polarization filter outputting partially separated and released Rx spatial streams comprising one unsuppressed polarization filtered radiation stream and a plurality of residual suppressed polarization filtered radiation streams. 17. The method of claim 16.
前記送信動作は、入力データストリームを分波及び変調して複数のTx無線ストリームとしてから、該ストリームをMIMO空間多重化及び送信ビームフォームして複数の同時発生的な同一チャネルでのステップ状キャリア位相コヒーレントな等しい振幅、変調及び帯域幅のTx空間ストリームとすることをさらに含み、
前記受信動作は、複数のRx空間ストリームを受信ビームフォーム、MIMO空間逆多重化、無線復調及びデジタル集約して出力データストリームを生成することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
The transmit operations include splitting and modulating the input data stream into multiple Tx radio streams, and then MIMO spatially multiplexing and transmit beamforming the streams to multiple concurrent stepped carrier phase streams on the same channel. further comprising coherent equal amplitude, modulation and bandwidth Tx spatial streams;
17. The method of claim 16, wherein the receive operations further include receive beamforming, MIMO spatial demultiplexing, radio demodulation, and digital aggregation of multiple Rx spatial streams to generate an output data stream.
前記MIMO空間多重化の動作は、複数のTx無線ストリームを、相互干渉なしで同時発生的に同じチャネルにおいて送信可能な複数のTx空間ストリームに空間符号化することを含み、
前記MIMO空間逆多重化の動作は、(1つの抑制されない偏波フィルタ処理済み放射ストリーム及び残余の複数の抑制された偏波フィルタ処理済み放射ストリームを各々が備える)前記複数の同時発生的な同一チャネルのRx空間ストリームを空間復号して、複数のデジタルストリームへの後の復調のために複数の完全に分離及び解放されたRx無線ストリームとすることを含む、請求項18に記載の方法。
The MIMO spatial multiplexing operations include spatially encoding multiple Tx radio streams into multiple Tx spatial streams that can be transmitted simultaneously on the same channel without mutual interference;
The operation of the MIMO spatial demultiplexing includes the simultaneous and identical operation of the plurality of simultaneous and identical 20. The method of claim 18, comprising spatially decoding an Rx spatial stream of a channel into multiple fully separated and released Rx radio streams for subsequent demodulation into multiple digital streams.
前記送信ビームフォームする動作は、ステップ状キャリア位相コヒーレンスによって複数のTx空間ストリームに影響を与えて正確な空間方向への放射を可能とすることを含み、
前記受信ビームフォームする動作は、ステップ状キャリア位相コヒーレンスによって複数のRx空間ストリームに影響を与えて正確な空間方向からの検出を可能とすることを含む、請求項18に記載の方法。
The transmit beamforming operation includes influencing multiple Tx spatial streams by stepped carrier phase coherence to enable radiation in a precise spatial direction;
19. The method of claim 18, wherein the receive beamforming operation includes influencing multiple Rx spatial streams with stepped carrier phase coherence to enable detection from precise spatial directions.
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